Straßenverkehr: „Corona-Effekte“ bei der Luftbelastung mit Stickoxiden, aus Senat

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Frage 1:

  • #bus #2216 der #BVG
    #bus<span class="hashtag"> #<a href="https://archiv.berliner-verkehr.de?s=%232216">2216</a></span> der<span class="hashtag"> #<a href="https://archiv.berliner-verkehr.de?s=%23BVGBVG' src='https://scontent-iad3-1.cdninstagram.com/v/t51.29350-15/120131444_969587933532488_4412458066563049225_n.jpg?_nc_cat=107&_nc_sid=8ae9d6&_nc_ohc=4T8sfE7ydtwAX-HMYnq&_nc_oc=AQkuOWw631R7BkPtq2A0bJOX5wWbk61LPAD1rkmvRQhti9wRsO4mGTNK13GFdLW5TIg&_nc_ht=scontent-iad3-1.cdninstagram.com&oh=cd82a7ebb1071bb0a93ef59ea5bc6241&oe=5F917701' />

Wie hoch waren in den ersten 20 Kalenderwochen 2020 und 2019 jeweils pro Woche die höchsten und niedrigsten Stundenwerte für #N02 und #NOx an den einzelnen Messstationen des Berliner #Luft­gütemessnetzes  (bitte die Messstationen in Gruppen sortieren nach Stadtrand/ Hintergrund/ Verkehr)?

Antwort zu 1:

In den folgenden Tabellen sind jeweils die höchsten und die niedrigsten Stundenwerte für N02 bzw. NOx pro Belastungsregime dargestellt. Bezüglich der konkreten Adressen der Messcontainer und ihrer Zuordnung zu den drei Belastungsregimes wird auf die Antwort zu Frage 1 der Schriftlichen Anfrage Nr. 18/10624 verwiesen.

Tabelle 1: Minimaler und maximaler Stundenwert pro Kalenderwoche und Belastungsregime für N02 in 2019 und 2020 (jeweils bis zur 20.Kalenderwoche) in µq/m3

N02 Minimaler Stundenwert Maximaler Stundenwert
Kalender- woehe Erster Tag der Woche Stadt- rand Städt. Hinter- grund Ver- kehr Stadt- rand Städt. Hinter- grund Ver- kehr
01 / 2019 31.12.2018 0 3 3 50 62 88
02 / 2019 07.01.2019 0 3 4 40 53 107
03 / 2019 14.01.2019 1 4 3 54 66 98
04 / 2019 21.01.2019 4 6 7 59 62 101
05 / 2019 28.01.2019 4 7 11 53 63 106
06 / 2019 04.02.2019 2 5 10 56 60 103
07 / 2019 11.02.2019 1 5 5 85 111 144
08 / 2019 18.02.2019 1 4 8 79 108 136
09 / 2019 25.02.2019 2 7 10 75 96 137
10 / 2019 04.03.2019 1 5 5 51 56 95
11 / 2019 11.03.2019 1 2 3 33 48 93
12 / 2019 18.03.2019 2 5 8 63 79 103
13 / 2019 25.03.2019 2 4 7 47 76 115
14 / 2019 01.04.2019 2 3 6 65 97 118
15 / 2019 08.04.2019 1 4 6 70 87 141
16 / 2019 15.04.2019 1 3 7 59 67 102
17 / 2019 22.04.2019 1 2 4 49 47 100
18 / 2019 29.04.2019 1 3 5 60 100 120
19 / 2019 06.05.2019 1 2 4 49 80 100
20 / 2019 13.05.2019 0 3 5 39 96 104
             
01 /  2020 30.12.2019 1 5 5 59 63 118
02 12020 06.01.2020 2 7 7 49 53 97
03 12020 13.01.2020 2 7 7 70 89 117
04 12020 20.01.2020 3 7 13 50 62 93
05 12020 27.01.2020 2 6 7 41 53 100
06 12020 03.02.2020 0 3 3 44 67 98
07 12020 10.02.2020 0 3 2 44 56 93
08 12020 17.02.2020 1 3 3 51 52 78
09 12020 24.02.2020 1 4 4 55 67 99
10 / 2020 02.03.2020 1 6 8 48 63 99
11 / 2020 09.03.2020 1 2 5 58 70 96
12 / 2020 16.03.2020 1 1 3 59 97 118
13 / 2020 23.03.2020 0 1 2 60 58 90
14 / 2020 30.03.2020 0 3 4 65 85 97
15 / 2020 06.04.2020 1 2 5 71 119 131
16 / 2020 13.04.2020 0 1 2 52 70 89
17 / 2020 20.04.2020 0 2 4 57 89 104
18 / 2020 27.04.2020 1 2 4 43 94 102
19 / 2020 04.05.2020 2 3 8 34 71 83

 

 

N02 Minimaler Stundenwert Maximaler Stundenwert
Kalender- wache Erster Tag der Wache Stadt- rand Städt. Hinter- grund Ver- kehr Stadt- rand Städt. Hinter- grund Ver- kehr
20 12020 11.05.2020 0 2 4 42 71 96

 

NOx Minimaler Stundenwert Maximaler Stundenwert
Kalender- wache Erster Tag der Wache Stadt- rand Städt. Hinter- grund Ver- kehr Stadt- rand Städt. Hinter- grund Ver- kehr
01 / 2019 31.12.2018 0 4 6 58 255 499
02 / 2019 07.01.2019 1 3 6 125 165 463
03 / 2019 14.01.2019 1 4 5 105 254 376
04 / 2019 21.01.2019 4 7 9 133 144 461
05 / 2019 28.01.2019 3 7 12 89 127 441
06 / 2019 04.02.2019 2 6 14 88 135 400
07 / 2019 11.02.2019 2 5 6 291 447 611
08 / 2019 18.02.2019 3 6 9 214 326 612
09 / 2019 25.02.2019 2 9 16 270 500 537
10 / 2019 04.03.2019 1 5 8 97 166 336
11 / 2019 11.03.2019 1 3 5 87 139 277
12 / 2019 18.03.2019 2 5 10 158 240 453
13 / 2019 25.03.2019 1 5 8 73 112 289
14 / 2019 01.04.2019 2 4 7 79 161 392
15 / 2019 08.04.2019 2 4 6 125 206 636
16 / 2019 15.04.2019 1 3 9 91 117 296
17 / 2019 22.04.2019 1 3 4 54 57 260
18 / 2019 29.04.2019 1 3 5 62 162 248
19 / 2019 06.05.2019 0 3 5 105 142 295
20 / 2019 13.05.2019 1 3 6 113 150 371
             
01 /  2020 30.12.2019 1 5 6 143 254 441
02 12020 06.01.2020 2 7 10 119 164 385
03 12020 13.01.2020 3 7 10 231 249 471
04 12020 20.01.2020 3 7 14 185 180 435
05 12020 27.01.2020 2 6 9 111 169 388
06 12020 03.02.2020 1 2 4 67 93 964
07 12020 10.02.2020 1 2 3 87 181 480
08 12020 17.02.2020 0 3 5 70 82 247
09 12020 24.02.2020 1 5 5 62 151 334
10 / 2020 02.03.2020 2 8 12 93 105 329
11 / 2020 09.03.2020 1 3 6 71 132 263
12 / 2020 16.03.2020 0 2 4 96 285 429

 

Tabelle 2: Minimaler und maximaler Stundenwert pro Kalenderwoche und Belastungsregime für NOx in 2019 und 2020 Oeweils bis zur 20.Kalenderwoche)  in µg/m3

 

NOx Minimaler Stundenwert Maximaler Stundenwert
Kalender- wache Erster Tag der Woche Stadt- rand Städt. Hinter- grund Ver- kehr Stadt- rand Städt. Hinter- grund Ver- kehr
13 / 2020 23.03.2020 0 3 3 66 76 282
14 / 2020 30.03.2020 1 3 4 114 102 284
15 / 2020 06.04.2020 0 3 6 122 210 329
16 / 2020 13.04.2020 0 2 2 97 101 248
17 / 2020 20.04.2020 1 3 5 117 280 330
18 / 2020 27.04.2020 1 3 4 150 308 325
19 / 2020 04.05.2020 1 3 9 75 138 347
20 12020 11.05.2020 1 3 4 84 214 497

 

Die N02- und NOx-Daten des Berliner Luftgütemessnetzes sind im Übrigen unter https://luftdaten. berlin.de/pol lution/no2?stationgroup=al 1   bzw.  https://luftdaten.berlin.de/pollution/nox?stationgroup=all   im Internet abrufbar.

Frage 2:

Welche Erkenntnisse hat der Senat über den Rückgang des Straßenverkehrs durch die Maßnahmen in Zusammenhang mit der Corona-Krise? Welche Zahlen liegen dem Senat über den Rückgang des Straßenverkehrs insbesondere für das Umfeld der verkehrsnahen Messstationen in den Monaten April und Mai vor?

Antwort zu 2:

Von der Verkehrsinformationszentrale  (VIZ) wurden in den letzten Wochen regelmäßig Auswertungen zum Verkehrsgeschehen  an ausgewählten Straßen durchgeführt.  Einige  der Ergebnisse sind veröffentlicht unter  https://viz.berlin.de/2020/05/fast-wie-vor-corona/  . Nach Inkrafttreten der Maßnahmen zur Bekämpfung der Verbreitung des Coronavirus kam es zu einem Rückgang der Kfz-Verkehrsstärken  bis zu circa 25 % an der Frankfurter Allee und 32 % an der Leipziger Straße. Die Rückgänge beruhen im Wesentlichen auf niedrigeren Pkw-Zahlen, während das Aufkommen an Lkw weniger beeinflusst wurde.

Tageweise wurden auch höhere Lkw-Zahlen als im Mittel in der Woche vor der Corona­ Krise beobachtet.

Im Zuge der schrittweisen Lockerungen der coronabedingten  Beschränkungen sind die Verkehrsstärken ab der letzten Aprilwoche 2020 wieder gestiegen. In der Woche vom

18.05. bis 24.05.2020 lag das Gesamtverkehrsaufkommen  in der Leipziger Straße noch mit rund 85 % auf dem niedrigsten Niveau der untersuchten Straßenabschnitte,  im Bereich der Frankfurter Allee wurden jedoch bereits wieder annähernd 100 % des Normalwertes, am Mittwoch sogar höhere Werte erreicht.

Zahlen über den Rückgang des Straßenverkehrs  an den verkehrsnahen  Messstationen liegen bisher nur für die Leipziger Straße und die Frankfurter Allee vor.

Frage 3:

An welchen Tagen und an welchen Stationen wurde in den ersten 20 Kalenderwochen 2020 und den ersten 20 Kalenderwochen 2019 der Grenzwert des Stundenmittelwerts  für N02 von 200 µg/m3  überschritten?

Antwort zu 3:

Der Grenzwert des Stundenmittelwertes für N02 von 200 µg/m3  wurde in Berlin im Jahr 2019 und in den ersten 20 Kalenderwochen des Jahres 2020 an keiner Station bzw. an keinem Tag überschritten. Diese Information ist auch im Internet unter https://luftdaten.berlin.de/exceed?year=2019   bzw.

https://luftdaten. berlin.de/exceed?year=2020  abrufbar. Vorbemerkung zu den Antworten zu den Fragen 4 bis 7:

Da in Berlin nur der Luftqualitätsgrenzwert für das N02-Jahresmittel überschritten wird, konzentriert sich die Luftreinhaltung auf Fragen der Ursachen und Zusammenhänge für hohe Jahresmittelwerte.  Die Analyse der Ursachen kurzzeitiger Schwankungen auf der Basis von Stunden- oder Tageswerten ist für die Konzeption von Maßnahmen für die Einhaltung von Jahresmittelwerten  von nachrangiger Bedeutung. Zwar wurden für den Luftreinhalteplan für Berlin – Zweite Fortschreibung – auch Modellsysteme verwendet,  die zunächst auf der Basis von Stundenwerten der Meterologie und der Verkehrsmengen rechnen. Die Ergebnisse wurden aber zu Jahreswerten zusammengefasst  und nicht differenziert ausgegeben.  Daher liegen keine zeitlich differenzierten Auswertungen vor und die verschiedenen Einflüsse werden im Folgenden eher qualitativ beschrieben.

Frage 4:

Welche anderen Emissionsquellen außer dem Straßenverkehr tragen zur Belastung der Luft mit Stickoxiden bei? Wie lässt sich deren Größenordnung abschätzen?

Antwort zu 4:

Die Verursacheranteile anderer Quellen außer dem Straßenverkehr  liegen nur im Jahresmittel vor. In der Summe verursachen diese Quellen 26 % der N02-lmmission in Hauptverkehrsstraßen.  Die Anteile betragen:

  • Eintrag aus Quellen außerhalb Berlins (inklusive Straßenverkehr): 14 %

Beiträge aus Berliner Quellen:

  • Kleinfeuerungsanlagen zur Beheizung von Gebäuden: 4 %
  • Abgase aus Baumaschinen 3 %
  • Kraftwerke und andere genehmigungsbedürftige Anlagen:                           2 %
  • sonstiger Verkehr (Schienenverkehr, Binnenschiffe, Flugzeuge)      2 %
  • sonstige Quellen 1 %

Angaben zur zeitlichen Variation der Verursacheranteile  liegen nicht vor.

Frage 5:

Welche anderen Faktoren beeinflussen die von den Messstellen gemessenen Stickoxidimmissionen  (z.B. Wind, Niederschlag)  und wie lässt sich die Größenordnung dieser Einflüsse auf die Schwankungsbreite  der gemessenen  Stickoxidimmissionen  abschätzen?

Antwort zu 5:

Die in die Atmosphäre emittierten Stickstoffoxide  (NO und N02) werden durch Wind und Turbulenz in der Atmosphäre verfrachtet und verdünnt.  Desweiteren werden NO und N02 durch chemische und physikalische Prozesse umgewandelt und langfristig aus der Atmosphäre ausgetragen. Wichtige Einflussfaktoren sind:

  • Windgeschwindigkeit:

Schadstoffe werden mit dem Wind in der Atmopsphäre verfrachtet.  Die Schadstoffkonzentration  ist in erster Näherung umgekehrt proportional zur Windgeschwindigkeit , d.h. eine Verdoppelung der Windgeschwindigkeit  führt ungefähr zu einer Halbierung der Konzentration (bei gleichem Schadstoffausstoß).

Höhere Windgeschwindigkeiten  führen außerdem zu einer besseren vertikalen Turbulenz und damit zu einer besseren Verdünnung von Schadstoffen.

  • Windrichtung , insbesondere in Bezug zur Anströmung der Straßenschlucht:

Bei einer parallelen Anströmung werden die Abgase besser verdünnt.  Bei einer Queranströmung kann sich in einer Straßenschlucht eine Luftwalze bilden. Dabei wird die quer über die Dächer anströmende Luft von den Gebäuden nach unten abgelenkt und strömt über dem Boden, d.h. über der Straßenoberfläche in die Gegenrichtung auf die andere Gebäudeseite und dort wieder nach oben. In solchen Fällen können erhöhte Schadstoffkonzentrationen  auftreten , wenn die Messstation auf der windabgewandten Seite steht, weil die Abgase direkt zur Messstation und zu den dortigen Gebäuden transportiert werden.

  • Intensität der Turbulenz:

Neben der Windgeschwindigkeit  führen auch Wirbel in der Luft zu einer Verdünung der Abgase.  Diese atmosphärische Turbulenz ist stark abhängig von der Änderung der Temperatur mit der Höhe, d.h. vom vertikalen Temperaturgradienten.  Je stärker die Temperatur mit der Höhe abnimmt, desto stärker ist diese thermische Turbulenz ausgebildet und die Luftschadstoffe werden gut verdünnt , weil die von unten aufsteigenden wärmeren Luftpakete leichter sind, als die über ihnen liegende kältere Luft. Umgekehrt ist es bei einer sogenannten Temperaturinversion , d.h. einer Zunahme der Temperatur mit der Höhe. Diese kann die thermische Turbulenz zum Erliegen bringen und Emissionen werden nur schlecht verteilt.

Zusätzlich zur themischen Turbulenz kommt es zur Verwirbelung der Luft durch Hindernisse in der Luftströmung , z.B. durch Gebäude und Bäume. Auch die von fahrenden Kfz selbst erzeugte Turbulenz trägt zur Verdünnung , insbesonde der von ihnen selbst emittierten Schadstoffe , bei.

  • Mischungsschichthöhe:

In der unteren Schicht der Atmosphäre findet durch Wind und Turbulenz eine weitgehend gleichmäßige Vermischung von Spurenstoffen statt. Diese Mischungsschicht wird nach oben häufig – vor allem nachts – durch eine Temperaturinversion  begrenzt, die den Austausch mit höheren Luftschichten stark reduziert. Je höher die Mischungsschicht ist, desto mehr Volumen steht für die Verdünnung von Schadstoffen zur Verfügung.  Die Mischungsschichthöhe kann stark variieren und in Berlin weniger als 50 Meter bis zu mehr als 2.000 Meter betragen. Sie ist abhängig vom vertikalen Temperaturverlauf  und damit u.a von der Sonneneinstrahlung , der Bewölkung, der Windgeschwindigkeit  und der Wetterlage (Hochdruck- oder Tiefdruckwetterlage).  Bei einer bodennahen Temperaturinversion

kann die Mischungsschichthöhe unter 50 Meter sinken. Diese kann zu besonders hohen Anstiegen der Schadstoffkonzentrationen  führen. Bodennahe Inversionen entstehen besonders ausgeprägt bei geringen Windgeschwindigkeiten  und klarem Himmel durch nächtliche Strahlungsabkühlung  des Bodens. Dabei gibt der Boden nach Sonnenuntergang seine Wärme durch Strahlung ab und kühlt sich und die bodennahen Luftschichten stärker ab, als die darüber liegenden Luftmassen. Nach Sonnenaufgang

löst sich eine solche Bodeninversion mit zunehmender  Erwärmung des Bodens auf und die Mischungsschichthöhe erreicht Werte von 1.500 Metern und mehr. Dies zeigt sich entsprechend in den Luftschadstoffkonzentrationen,  die dann morgens erhöht sind und zum Mittag hin sinken.

  • Intensität der Sonneneinstrahlung:

Die Intensität der Sonneneinstrahlung  beeinflusst photochemische Umwandlungsprozesse  sowie die Ausbreitungsbedingungen  durch thermische Turbulenz. Die Einflüsse können aufgrund ihrer Komplexität auch gegenläufig sein, so dass eine generelle Aussage zum Einfluss auf die N02-lmmission unmöglich ist.

  • Niederschlag:

Stickoxide sind nur wenig wasserlöslich, so dass der direkte Einfluss auf die N02- lmmission eher klein ist. Erst nach der Bildung von Nitraten werden Stickstoffoxidverbindungen  leicht aus der Atmosphäre ausgewaschen.  Dieser Prozess spielt aufgrund der Reaktionszeiten in Straßenschluchten eine untergeordnete Rolle.

  • Konzentrationen von Ozon, Stickstoffmonoxid und reaktiven Kohlenwasserstoffen: Diese Stoffe führen, teilweise über komplexe Reaktionswege, zur Oxidation von NO zu N02 und beeinflussen auch nächtliche N02-Spitzen.

Die Größenordnung dieser Einflüsse lässt sich in erster Näherung aus Messdaten durch multivariate statistische Analysen oder anhand der Variation von Eingangsparametern bei Modellierungen mit integrierten Chemiemodellen  abschätzen.

Frage 6:

In welcher Größenordnung tragen chemische Prozesse in der Luft zur Zu- oder Abnahme der gemessenen Stickstoffdioxidkonzentrationen bei (z.B. die Oxidation von Stickstoffmonoxid durch Ozon zu Stickstoffdioxid (NO + 03 -7 N02 + 02) oder umgekehrt die Bildung von Ozon unter dem Einfluss von Sonnenlicht (N02 + 02 -7  NO + 03)?

Antwort zu 6:

Für den für die Beurteilung der Grenzwerteinhaltung  relevanten N02-Jahresmittelwert wurde im Rahmen der Erstellung des Luftreinhalteplans für Berlin – Zweite Fortschreibung

  • mit Modellrechnungen ermittelt, dass die lokale verkehrsbedingte Zusatzbelastung an Straßen zu 30 % aus der N02-Direktemission der Fahrzeuge und zu 18 % aus der photochemischen Umwandlung des von den Fahrzeugen emittierten NO in N02 Zeitlich höher aufgelöste Ergebnisse liegen nicht vor und sind für die Luftreinhalteplanung auch nicht von Belang.

Grundsätzlich ist bekannt, dass Stickoxide und damit besonders die Konzentration von N02 von der Sonneneinstrahlung  beeinflusst werden. Da es nachts keine Sonneneinstrahlung gibt, sind nachts andere chemische Reaktionen von Bedeutung als tagsüber.

Besonders hohe nächtliche N02-Konzentrationen treten – vereinfacht dargestellt – zumeist während Hochdruckwetterlagen  auf, wenn einerseits die durch Sonnenlicht angetriebene Spaltung von N02 in NO und ein Sauerstoffradikal nachts zum Erliegen kommt, aber noch NO aus den Fahrzeugabgasen durch Ozon zu N02 umgewandelt wird. Andererseits  kühlt sich die bodennahe Luft nach Sonnenuntergang rasch ab. Durch die sich bildende nächtliche Temperaturinversion  findet nur eine geringe Verdünnung statt. Das

entstandene N02 kann sich kaum nach oben ausbreiten und verteilt sich bei der geringeren nächtlichen Luftbewegung im ganzen Berliner Stadtgebiet. Deshalb wird ein abendlicher Anstieg der Werte zeitweise auch an Messstellen abseits der Hauptverkehrsstraßen  gemessen, auch wenn die dominierende  Ursache der Kfz-Verkehr ist.

N02 ist in der Atmosphäre allgemein sehr reaktionsfreudig und im Mittel nur etwa einen Tag, manchmal aber auch nur über einige Stunden stabil. Daher wird es anders als z.B. Feinstaub in der Regel nicht über größere Entfernungen transportiert.  Entsprechend niedrig ist der Anteil von Quellen außerhalb Berlins an der N02-Belastung in Straßen.

Ausgeschieden wird es aus der Atmosphäre  überwiegend nach der Bildung von Salpetersäure oder Ammoniumnitrat aus der Reaktion mit OH-Radikalen oder Ozon.

Frage 7:

In welchem Verhältnis steht die Schwankungsbreite bei den gemessenen Stickoxidimmissionen, die durch andere Faktoren verursacht sind, mit der durch das Verkehrsaufkommen verursachten Schwankungsbreite bei den Stickoxidimmissionen?

Konnten aus den Erfahrungen in der Corona-Krise mit den Auswirkungen eines zurückgehenden Ver­ kehrsaufkommens dazu neue oder vertiefende Erkenntnisse gewonnen werden?

Antwort zu 7:

Zum ersten Teil der Frage liegen keine zeitlich differenzierten Auswertungen zum Verhältnis der verschiedenen  Einflussfaktoren für Berlin vor.

Die noch nicht abgeschlossenen Analysen zur Auswirkung der Corona-Krise auf die Luftqualität ergaben folgende, vorläufige Ergebnisse:

  • Der Kfz-Verkehr nahm während des Shutdowns um 20 bis 30 % ab, wobei insbesondere die Zahl der Pkw zurückging,
  • Die Stickoxidemissionen sanken um 15 bis 20 %,
  • Der Vergleich mittlerer N02-lmmissionswerte vor und während der ersten Wochen der Coronakrise ist in Bild 1 dargestellt und zeigt den deutlichen Rückgang der N02- lmmission, der an Straßen sehr viel höher ist als an den Messteilen am Stadtrand, die nur sehr wenig vom Verkehr beeinflusst Der lokale Verkehrsbeitrag als Differenz der Belastung an den Hauptverkehrsstraßen und den Messstellen an Nebenstraßen in Wohngebieten sank durchschnittlich um 15 % (vergl. Bild 2).

Die Auswertungen der Messdaten bestätigen damit den bekannten Zusammenhang zwischen der mittleren N02-Belastung an Straßen und dem Verkehrsaufkommen.  Sie unterstreichen die hohe Bedeutung von Maßnahmen zur Reduzierung des motorisierten Verkehrs.

Eine ausführlichere  Darstellung der Ergebnisse der vorläufigen Auswertung der Corona­ bedingten Auswirkungen auf die Luftqualität sind auf dem Internetportal der Senatsverwaltung für Umwelt, Verkehr und Klimaschutz

https://www. berlin.de/sen/uvk/presse/weitere-m eldungen/2020/ist-d ie-luft-wegen-der­ corona-beschraenkungen-besser-geworden-929793.   php veröffentlicht.

 

 

Berlin, den 15.06.2020

In Vertretung Stefan Tidow

Senatsverwaltung für

Umwelt, Verkehr und Klimaschutz

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