Birmili, W.

Plass-Dülmer, C.

Schepanski, Kerstin

German

OceanRep

GAW-Brief des DWD                                              – 1 –                                   http://www.dwd.de/gaw   Massiver Feinstaubeintrag aus der Ukraine im März 2007  Am 24. März 2007 wurden in großen Teilen Mitteleuropas extrem hohe Werte an atmosphärischem Feinstaub (PM10) registriert, wie sie in dieser Höhe seit vielen Jahren nicht mehr beobachtet wur-den. Dieser GAW-Brief beschreibt die räumliche Ausbreitung des Staubereignisses in Mitteleuropa und stellt gleichzeitig eine Verbindung mit einer unerwarteten Quellregion des Staubes her. Hierbei referieren wir die Kernergebnisse einer Publikation in der Zeitschrift Atmospheric Chemistry and Physics (Birmili, Schepanski, Ansmann, Spindler, Tegen et al., 2007). Abb. 1 zeigt eine Karte der maximal aufgetretenen Partikel-Massenkonzentration am 24.3.2007, auf Grundlage von PM10-Beobachtungen an insgesamt 360 staatlichen Messstellen in Deutschland, Polen, der tschechi-schen Republik, der Slowakei und Österreich. Die höchsten PM10-Konzentrationen traten über der Slowakei, dem südlichen Polen und der tschechischen Republik mit teilweise über 1000 µg/m³ auf. Von Osten her kommend breitete sich die großskalige Staubwolke über Sachsen (Maximaler Stun-denmittelwert 641 µg m-3 in Borna bei Leipzig) bis Norddeutschland und letztlich bis England aus. Über Sachsen breitete sich die Staubwolke mit einer Geschwindigkeit von ca. 70 km h-1 aus, wobei die Konzentrationen an allen Stationen nach wenigen Stunden wieder stark abgeklungen waren. Zum Vergleich sind in Abb. 2 die gemessenen Konzentrationen von der kontinentalen Reinluftstati-on Hohenpeißenberg dargestellt, wo über die bisherige Beobachtungszeit von 2000 an im Mittel eine Konzentration von 11 µg/m³, ein 99-Perzentil-Wert von 38 µg/m³ und ein Maximum von 275 µg/m³ gemessen wurden. Hohe Konzentrationen (>50 µg/m³) waren am Hohenpeißenberg in den meisten Fällen auf Saharastaub-Ereignisse oder Blütenstaub zurückzuführen. Zur Identifizierung der Quellen des Feinstaubs wurden in Birmili, Schepanski, Ansmann, Spindler, Tegen et al. (2007) sowohl die Herkunft der Luftmassen und ihre vertikale Ausdehnung untersucht, als auch die Partikel in ihrer Größenverteilung und chemischen Zusammensetzung charakterisiert. Anhand der in Sachsen an der Forschungsstation Melpitz gemessenen Partikelgrößenverteilungen konnte festgestellt werden, dass der Anstieg der Feinstaubmasse ausschließlich auf Partikel im GAW Brief des DWD Nr. 41, September 2007  Wolfram Birmili und Kerstin Schepanski Leibniz Institut für Troposphärenforschung Leipzig Christian Plass-Dülmer Met. Obs. Hohenpeißenberg Christian.Plass-Duelmer@dwd.de Abb. 1: Räumliche Verteilung der ma-ximalen PM10-Staubmassenkon-zentrationen (farb-kodiert) mit zeitli-cher Entwicklung der Maximalkon-zentrationen (Linien mit Zeitangaben). Widergabe mit Genehmigung der European Geos-cience Union, 2007.    Deutscher Wetterdienst, Meteorologisches Observatorium Hohenpeißenberg   GAW-Brief des DWD                                              – 2 –                                   http://www.dwd.de/gaw Größenbereich zwischen 1 und 10 µm zurückzuführen war. Im Höhe-punkt des Ereignisses war 80 % der PM10-Masse auf die Größen-fraktion zwischen 2,5 und 10 µm konzentriert, ein einmaliger Be-fund seit Beginn der PM2,5-Messungen 2000. Die Dominanz der PM2,5-10–Fraktion deutet auf Aufwirbelungsprozesse vom Bo-den als hauptsächliche Staubquel-le hin, ein Befund, der auch durch ungewöhnlich hohe Anteile an unlöslichem Material in PM10 bes-tätigt wurde. Hingegen spielen Verbrennung und Sekundärbil-dung als Quellen untergeordnete Rollen, weil nur geringe Anteile an löslichen Ionen und an Kohlenstoff gefunden wurden.  Die Analyse der Rückwärtstrajektorien der in Mitteleuropa ankommenden Luft ergab eine stark ka-nalisierte Strömung innerhalb der Grenzschicht aus östlicher Richtung. Als Ursprungsgebiet der Staubwolke konnte die südliche Ukraine identifiziert werden, wo sich am 23. März 2007, ca. 18-24 Stunden vor Ankunft in Sachsen, Luftströmungen aus südlichen und östlichen Richtungen überla-gerten und zu ungewöhnlich hohen Bodenwindgeschwin-digkeiten von 50-90 km h-1 führten. Dies und eine länge-re Trockenheit führten über den noch unbebauten Fel-dern zu massiver Staubauf-wirbelung. Der resultierende Staubsturm konnte ein-drucksvoll mit Satellitenbil-dern (siehe Abb. 3) nachge-wiesen und in Richtung Mit-teleuropa verfolgt werden. Letztlich trugen der schnelle Transport und die geringe vertikale Durchmischung, kurz außergewöhnliche me-teorologische Rahmenbedin-gungen, zu diesem Extrem-ereignis bei. Die Ergebnisse demonstrie-ren, dass die Aufwirbelung von Bodenstaub aus einer bisher nur gering beachteten Quellregion wie der südlichen Ukraine das Potenzial besitzen, flächendeckende Grenzwertüberschreitungen von PM10 in Mitteleuropa herbei-zuführen. Eine möglicherweise fortschreitende Versteppung der südlichen eurasischen Gebiete infolge von Änderungen der Landnutzung und Klimawandel könnte dieses Potenzial vergrößern. Das Erkennen solcher Veränderungen, die Analyse der Zusammenhänge und die Bewertung ihres Einflusses auf die Luftqualität in Europa liegen im Fokus von Global Atmosphere Watch.  Referenz: Birmili, W., K. Schepanski, A. Ansmann, G. Spindler, I. Tegen, A. Nowak, E. Reimer, I. Mattis, K. Müller, E. Brüggemann, H. Herrmann, A. Wiedensohler, A. Schladitz, T. Tuch, und G. Löschau, 2007, An episode of extremely high PM concentration over Central Europe caused by dust emitted over the southern Ukraine, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 7, 12231-12288. Abb. 3: Großflächige Aktivierung von Bodenstaub über der südlichen Ukraine am 23.3.07; Bildquelle: MODIS-Aqua. Das Bild entspricht 210 x 146 km² und enthält den aufgestauten Dnjepr. Staubwolken sind als parallele Filamente in Ost-West Richtung zu sehen. 050100150200250300Jan 00 Jan 01 Jan 02 Jan 03 Jan 04 Jan 05 Jan 06 Jan 07Staubmasse, µg/m³Abb. 2: Gesamtstaubkonzentrationen am Hohenpeißenberg von 2000-2007, dargestellt sind Stundenmittelwerte (blau) und gleitende Mediane über 5-Tage (rot) 

Massiver Feinstaubeintrag aus der Ukraine im März 2007

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