Review on urban vegetation and particle air pollution : Deposition and dispersion

Urban vegetation affects air quality through influencing pollutant deposition and dispersion. Both processes are described by many existing models and experiments, on-site and in wind tunnels, focussing e.g. on urban street canyons and crossings or vegetation barriers adjacent to traffic sources. There is an urgent need for well-structured experimental data, including detailed empirical descriptions of parameters that are not the explicit focus of the study. This review revealed that design and choice of urban vegetation is crucial when using vegetation as an ecosystem service for air quality improvements. The reduced mixing in trafficked street canyons on adding large trees increases local air pollution levels, while low vegetation close to sources can improve air quality by increasing deposition. Filtration vegetation barriers have to be dense enough to offer large deposition surface area and porous enough to allow penetration, instead of deflection of the air stream above the barrier. The choice between tall or short and dense or sparse vegetation determines the effect on air pollution from different sources and different particle sizes

The effect of vegetation on air quality

Vegetationens påverkan på den lokala luftkvaliteten är både positiv och negativ. Den positiva effekten är att den totala mängden luftföroreningar minskar genom att luften filtreras. Den negativa effekten är att växterna agerar som vindskydd och minskar vindhastigheten, vilket minskar utspädningen av lokala utsläpp och kan öka halterna i närområdet. I täta stadsmiljöer där utspädningen kan vara begränsad redan utan vegetation, exempelvis i trånga gaturum med trafikutsläpp, är detta en stor risk. Växtligheten kan också placeras som en barriär mellan utsläppskällor (ofta större transportleder) och befolkningen, så att spridningen av föroreningarna kan begränsas och luften filtreras på sin väg. Denna rapport beskriver var forskningen befinner sig inom området i dagsläget, och baseras på vetenskaplig litteratur. Det är i dagsläget svårt att beskriva vegetation på ett sätt som enkelt relaterar till dess effekt på luftkvalitet. Ett exempel är vegetationstäthet som kan mätas på flera olika sätt, och bäst beskriver effekten antingen på vindrörelser eller på deposition. Partikelstorleken hos föroreningen är av stor vikt för processerna, medan kemiska effekter har utelämnats i beskrivningen. Vegetationsridåer och olika typer av gaturum studeras med referenser till alla studier som rapporten baseras på. De rekommendationer som förklaras mer ingående i rapporten är: • placera gärna vegetation nära utsläppskällan, där halterna är höga, för att öka möjligheten att filtrera bort föroreningar eller styra undan den förorenade luften, • se till att vegetationen inte minskar utspädningen av föroreningar, till exempel undvik tät plantering av täta träd i trånga och trafikerade gaturum, där föroreningarna kan stängas in, • använd med fördel vegetationsbarriärer mellan trafiken och befolkningen, för att införa en depositionsyta för föroreningar och viss styrning av luften, och nyttja låga häckar om utspädningen av föroreningarna är viktig på platsen, • vägg- och takvegetation i täta urbana miljöer ökar depositionsytorna och ger mindre begränsning för ventilationen än fristående vegetation, • planera redan från början vegetationen med tanke på alla de effekter av vegetation som kan uppstå i en komplicerad urbanmiljö, och väg olika delar av miljöeffekterna mot varandra. Resultatet har också publicerats vetenskapligt i Janhäll (2015) ”Review on urban vegetation and particle air pollution – deposition and dispersion” i tidskriften Atmospheric environment, 105, 130–137.Vegetation impacts the local air quality both positively and negatively. The positive effect is that air pollution concentration can be reduced by deposition on the vegetation surface and the air filtered. The total amount of air pollution is thus reduced. The negative effect is the ability of vegetation to act as windbreaks reducing the wind speed, which reduces the dilution of local emissions and can increase the levels in the surrounding area. In dense urban environments where dilution already without vegetation may be limited, such as in narrow street canyon with traffic emissions, this is a big risk. Vegetation can also be placed as a barrier between the emission sources (often major traffic routes) and the population, so that the transport of pollution from the source to the population may be limited, and the air is filtered on its way. This report describes the research in the area at present, and is mainly based on the scientific literature. It is at present difficult to describe vegetation in a way that simply relates to its effect on air quality. An example is the vegetation density can be measured in several ways, and best describes the effect either on wind movement or on deposit. The particle size of the pollution is of major importance to the processes, while chemical effects have been omitted in the description. Vegetation-curtains and different types of street canyon are studied with references to all the studies that is reported. The recommendations, explained in detail in the report, are: • place the vegetation near the source of air pollution, where the concentrations are high, increasing the ability to filter out pollution or redirect the polluted air, • ensure that the vegetation does not reduce the dilution of pollutants, for example avoiding close planting of dense trees in narrow and busy street canyons, where pollution is not easily diluted, • use vegetation barriers between transport and population, to introduce a deposit surface and control of the air movements, but preferably low hedges if dilution is limited at the site, • wall and roof vegetation in dense urban environments increases the deposition surface and has a limited restriction of ventilation compared to free-standing vegetation, • plan the vegetation from the start in view of all the effects of vegetation that can occur in a complex urban environment, and level different environmental effects against each other.The result has also been published scientifically in Janhäll (2015) “Review on urban vegetation and particle air pollution – deposition and dispersion” in the journal Atmospheric environment, 105, 130–137

Avgasutsläpp och miljöklassning av bilar : vilka indikatorer är relevanta baserat på beräkning av externa kostnader?

This study is based on the questions raised by Folksam on how well the criteria currently used reflect the total environmental impact of exhaust emissions. One of the questions is whether diesel cars, being more fuel efficient, are preferable to gasoline cars given the differences in for example particle and NO2 emissions. In this paper we give an overview of the method used to calculate the external costs related to the exhaust emissions of cars, the Impact Pathway Approach (IPA). This type of assessment has previously been used to compare the environmental performance of gasoline versus diesel cars in a report by the former Swedish national road administration and in a recent paper on the taxation of cars in Belgium. We also provide an overview of recent research on the inputs used in these calculations. Based on information on emission tests of VW cars and information from the Swedish Transport Administration, we illustrate how different aspects influence the outcome of these calculations regarding exhaust emissions from cars. Regarding the specific question raised in this study about indicators for sustainable cars, we find that the indicators currently used, CO2 emissions, do not reflect the full environmental impact. Different types of vehicle technologies result in different combinations of emissions. With the large variety of car models, and with important differences between type approval and ”real driving” emissions, we conclude that apart from CO2 emissions, vehicle technology should be accounted for in the classification of cars. Concerning the difference between gasoline and diesel vehicles, important aspects to consider are: • differences in emissions of particulates where particle size or number and composition may be important to consider in addition to, or maybe even rather than, mass, • the difference in the ratio between NOx and NO2, as it affects local NO2 and ozone concentrations.För närvarande baseras miljöklassning av bilar på utsläppen av koldioxid, enligt de riktlinjer som tagits fram av EU. Enligt forskare på VTI bör även skillnader i teknologier utgöra en grund för miljöklassning av bilar. Motivet till denna rapport är att Folksam önskat få belyst om nuvarande underlag för klassificering på ett bra sätt speglar den totala miljöpåverkan från en viss bilmodell. En mer specifik fråga är om dieselbilar, som är mer bränsleeffektiva, är att föredra framför bensinbilar trots skillnader i utsläpp när det gäller partiklar och kvävedioxid (NO2). I detta notat beskriver forskarna översiktligt den metod som används för att beräkna de externa kostnaderna för bilars emissioner. De gör också en sammanfattning av aktuell forskning om vilka indata som bör användas i denna typ av beräkningar, liksom hur denna information har använts som underlag i policyforskning. När det gäller frågan om vilka indikatorer som bör användas för miljöklassning av bilar har forskarna funnit att nuvarande indikator, emissioner av koldioxid (CO2), inte avspeglar den fulla miljöpåverkan av en viss bilmodell. Olika teknologier resulterar i olika mix av emissioner. Givet att det finns väldigt stor variation i bilmodeller, och givet att det är stor skillnad mellan emissionsfaktorer från testcykler och de i verklig körning, är forskarnas slutsats att utöver CO2 så bör skillnader i teknologier utgöra en grund för miljöklassning av bilar. När det gäller skillnaden mellan bensin- och dieselbilar så är följande aspekter viktiga att ta hänsyn till: • skillnaden i emissioner av partiklar där det kanske framförallt är storlek eller antal som är viktiga markörer, snarare än massa, • skillnaden i kvoten mellan NOx och NO2 eftersom det har betydelse för lokala koncentrationer av NO2 och ozon

Opportunities for carbon reduction through traffic management : a pilot study

Trafikledning och trafikinformation kan påverka utsläppen av klimatgaser, främst via trafikens avgasutsläpp och energibehov, men också i viss mån genom att trafikledningen kan senarelägga eller helt undvika nyinvestering i transportinfrastruktur genom effektivisering av nyttjandet av den befintliga infrastrukturen. Projektet sammanställer kunskapsläget i den befintliga litteraturen inom utvärdering av koldioxidutsläpp från trafiken. Här ingår hur trafikinformation kan förändra trafikströmmarna och hur trafikanterna kan ta till sig informationen och handla utifrån den samt hur de förändrade trafikrörelserna påverkar utsläppen av klimatgaser. Vissa svårigheter har uppdagats, och ytterligare studier rekommenderas. Hur effekterna på koldioxidutsläppen kvantifieras beror på vilka emissionsmodeller och antaganden som används. I rapporten föreslås en utveckling av de beräkningsmodeller som används, särskilt inom körbeteende relaterat till trängselsituationer. Inom körbeteende sker en stor tillvänjning avseende trafikantens ansträngning att finna trafikinformationen vilket leder till ökade möjligheter för trafikinformation och trafikledning att påverka utsläppen, men också till att beteendeförändringar och teknikutveckling bör tas i beaktande om äldre utredningar används som beslutsunderlag. Författarna ser stora möjligheter för Verksamhetsområde Trafikledning att minska klimatgasutsläppen från trafiken genom ett medvetet klimatarbete.Traffic management can affect the emissions of greenhouse gases, mainly through traffic exhaust emissions, but, to some extent, also since efficient traffic management can delay or avoid new investment in transportation infrastructure by streamlining the use of the existing structure. This project compiles existing literature evaluating the effects of traffic managements on climate gas emissions, i.e. how the management can alter traffic flows and how road users adapt to the information and how these changed traffic flows are reflected on emissions of climate gases. Some difficulties have been revealed, and further studies are recommended. Quantifying and evaluating the effects of climate gas emissions is heavily dependent on the emission models and assumptions used. Some development in this area is proposed, especially in driving behavior related to congestion situations. There is also a large habituation regarding road user effort to find and use traffic information which leads to increased opportunities for activities that affect emissions. Also, changes in behavior and technological advances should be taken into account if older investigations are used for decision making. The authors see great opportunities for VO traffic management and traffic information to reduce climate gas emissions from traffic by a conscious climate mitigation.Klimatåtgärder inom trafikledningen - en förstudi

Opportunities for carbon reduction through traffic management : a pilot study

Trafikledning och trafikinformation kan påverka utsläppen av klimatgaser, främst via trafikens avgasutsläpp och energibehov, men också i viss mån genom att trafikledningen kan senarelägga eller helt undvika nyinvestering i transportinfrastruktur genom effektivisering av nyttjandet av den befintliga infrastrukturen. Projektet sammanställer kunskapsläget i den befintliga litteraturen inom utvärdering av koldioxidutsläpp från trafiken. Här ingår hur trafikinformation kan förändra trafikströmmarna och hur trafikanterna kan ta till sig informationen och handla utifrån den samt hur de förändrade trafikrörelserna påverkar utsläppen av klimatgaser. Vissa svårigheter har uppdagats, och ytterligare studier rekommenderas. Hur effekterna på koldioxidutsläppen kvantifieras beror på vilka emissionsmodeller och antaganden som används. I rapporten föreslås en utveckling av de beräkningsmodeller som används, särskilt inom körbeteende relaterat till trängselsituationer. Inom körbeteende sker en stor tillvänjning avseende trafikantens ansträngning att finna trafikinformationen vilket leder till ökade möjligheter för trafikinformation och trafikledning att påverka utsläppen, men också till att beteendeförändringar och teknikutveckling bör tas i beaktande om äldre utredningar används som beslutsunderlag. Författarna ser stora möjligheter för Verksamhetsområde Trafikledning att minska klimatgasutsläppen från trafiken genom ett medvetet klimatarbete.Traffic management can affect the emissions of greenhouse gases, mainly through traffic exhaust emissions, but, to some extent, also since efficient traffic management can delay or avoid new investment in transportation infrastructure by streamlining the use of the existing structure. This project compiles existing literature evaluating the effects of traffic managements on climate gas emissions, i.e. how the management can alter traffic flows and how road users adapt to the information and how these changed traffic flows are reflected on emissions of climate gases. Some difficulties have been revealed, and further studies are recommended. Quantifying and evaluating the effects of climate gas emissions is heavily dependent on the emission models and assumptions used. Some development in this area is proposed, especially in driving behavior related to congestion situations. There is also a large habituation regarding road user effort to find and use traffic information which leads to increased opportunities for activities that affect emissions. Also, changes in behavior and technological advances should be taken into account if older investigations are used for decision making. The authors see great opportunities for VO traffic management and traffic information to reduce climate gas emissions from traffic by a conscious climate mitigation

Vägnära vegetation i staden – påverkan på trafiksäkerhet och luftkvalitet

Att använda vegetation för att minska halterna av luftföroreningar i tätorter har blivit alltmer vanligt. Tidigare studier har visat att vegetationen bör placeras nära källan för att underlätta rening av luften via filtrering. Det finns också andra aspekter på hur vegetationen ska designas för att ge positiva effekter på luftkvaliteten. Då placeringen av vegetation mycket nära trafiken också kan ge effekter på trafiksäkerheten har denna studie kombinerat de nya rekommendationerna avseende luftkvalitet med en genomgång av hur vegetation behandlas i de planeringsprocesser som är aktuella för vägnära vegetation och hur vägnära vegetation påverkar trafiksäkerheten. Denna studie har genomförts främst med hjälp av litteraturstudier, både av vetenskaplig litteratur och av handledningar och annan typ av skriftligt material inom området. Viktiga slutsatser av studien är att vegetation behandlas på olika sätt i olika delar av planeringsprocesserna, vilket kan göra att hanteringen av vägnära vegetation ibland försvåras. Vår bedömning är att vägplanering och vegetationsplanering kan behöva integreras i fler fall. Avseende trafiksäkerhet finns rekommendationer om att röja den vegetation som hindrar synbarheten, både direkt och genom att skugga behövlig belysning. Det finns också anledning att hålla stamdiametrar nere för att minska risken för allvarlig skada, samt att beakta hur vegetation kan ta upp krockkrafter och minska skaderisken. Vegetationen kan också ha positiva trafiksäkerhetseffekter genom visuell eller fysisk avgränsning, skydda mot bländning eller användas som en hastighetsdämpande åtgärd

Air quality measurements at Test site E18

Mätningar av luftkvalitet (PM10 och NOX (NO och NO2)) har genomförts under perioden 2013-03-16 till 2014-03-26 vid Testsite E18, belägen längs E18 mellan Västerås och Enköping. Vid Testsite E18 görs kontinuerliga mätningar av trafik (i östgående riktning) och meteorologi (temperatur, luftfuktighet, nettoinstrålning, vindstyrka, vindriktning). På platsen fanns även under mätperioden optisk utrustning för mätning av vägfukt. Huvudsyftet med mätningarna är att skapa ett dataunderlag för en motorvägsmiljö, som i ett senare skede kan användas för modellering av luftkvalitet och beräkning av exponering och hälsoeffekter. Resultaten visar att halterna inte överskrider gällande miljökvalitetsnormer. PM10 och NO2 är högst under vår och höst och lägre under sommarperioden. Korrelationen mellan PM10 och kvävoxider är höga på våren, låga på sommaren och medelhöga på hösten och vintern, vilket tyder på att källorna till PM10 sommartid på Testsite E18 i huvudsak är andra än trafiken. Vägytans fuktighet reducerar PM10-halterna tydligt under våren då vägdamm är en viktig partikelkälla. På dygnsbasis följer kvävedioxidhalterna och PM10 trafikflödena, men med ett tydligare sekundärt minimum mitt på dagen för kväveoxider. Testsite E18 genererar stora datamängder om trafik och meteorologi, som kan användas för att analysera samband mellan dessa faktorer och luftföroreningar på platsen. Dessa data kan också användas för utveckling och validering av emissionsmodeller, t.ex. NORTRIP.Measurements of air quality (PM10 and NOx (NO and NO2)) were made during the period 2013-03-16 to 2014-03-26 at TestSite E18, situated along the E18 highway between Västerås and Enköping. At TestSite E18 continuous measurements of traffic (eastbound direction) and meteorology are made. On the site, optical equipment for measuring road wetness was used during the campaign. The main purpose of the surveys is to create a data base for a highway traffic environment, which can be used for modeling air quality and calculation of exposure and health effects at a later stage. The results show that the concentrations do not exceed the relevant EQS. PM10 and NO2 are highest during the spring and autumn and lower in the summer period. The correlations between PM10 and nitrogen oxides are high in spring, low in summer and moderate in autumn and winter, suggesting that the summertime sources for PM10 at TestSite E18 are essentially others than traffic. Road surface moisture reduces PM10 levels strongly during spring when road dust is a major particle source. On a daily basis nitrogen dioxide and PM10 concentrations follow traffic variation, but with a clear secondary minimum at midday for nitrogen oxides. TestSite E18 generates large amounts of traffic and meteorology data, which can be used to analyze the correlation between these factors and air pollution at the site, and provide appropriate data for input to as well as validation of emission models

Evaluation of the PHEM-model : A pilot study

Trafikverket har konstaterat att användningen av modeller för mikrosimulering av bränsleförbrukning och emissioner i Sverige behöver utvecklas. Projektet som redovisas i detta notat är en utvärdering av PHEM-modellen för att undersöka förutsättningar, möjligheter och hinder att använda den till att ta fram underlag till modeller som används i Trafikverkets planeringsarbete. Följande aspekter har utvärderats: Licensavtal (kostnader, rättigheter, ägandefrågor), Användarvänlighet, Innehåll och beräkningsmöjligheter, Anpassnings- och utvecklingsmöjligheter samt Validering. Dessutom har simuleringstester genomförts för beräkning av bränsleförbrukning samt emissioner av kväveoxider, kvävemonoxid, kolmonoxid, kolväten, partikelmassa samt partikelantal, dels för vägar med olika siktklasser, dels för stopptillägg. PHEM-modellen är relativt användarvänlig och med stora möjligheter att anpassa beräkningarna. Detta gör modellen komplex, vilket gör att forskarna rekommenderar att starta användandet av PHEM med en kortare introduktionskurs, även för vana emissionsmodellerare. En slutsats av utvärderingen är en rekommendation att PHEM används för Trafikverkets modellarbete. Den databas som ligger till grund för motormapparna uppdateras kontinuerligt vilket ger mer tillförlitlighet i emissionsberäkningarna. Möjligheten ökar även till en bättre samstämmighet i beräkningar av avgasemissionerna med de olika modeller som Trafikverket förespråkar, vilket är en positiv utveckling. Det finns också en del utvecklingsmöjligheter som bör beaktas.The Swedish Transport Administration has stated that there is a need to develop the use of micro simulation models of fuel use and emissions of traffic that are used for transport planning. The aim of the project is to perform an evaluation of PHEM model to investigate conditions, opportunities and barriers to use it in transport planning. The following aspects have been assessed: License agreements, costs, rights, property issues; User friendliness; Content and calculation capabilities; Adjustment and development possibilities; Validation. Furthermore, simulation tests have been performed where fuel consumption and emissions of nitrogen oxide, nitrogen monoxide, carbon monoxide, hydrocarbons, particulate mass and particle number has been calculated for roads with different road classes and for additional emissions and fuel use due to a vehicle stop. PHEM model is found to be relatively user-friendly, and with great opportunities to customize calculations. This makes the model complex, therefore it is recommended to start using PHEM with a short introductory course, even for used modellers. A conclusion of the evaluation is a recommendation to use PHEM for transport modelling. The database underlying the engine maps is constantly updated leading to more reliable emission calculations. The possibility to get a greater coherence in the calculations of the exhaust emissions of the different models that the Transport Administration advocate is also improved, which is a positive development. There are, also, some development possibilities that should be considered.Passenger car and Heavy duty Emission Model</p