1

Welche Feinstaubbelastung haben wir morgen in Graz? Ernst Stadlober Brigitte Pfeiler Institut für Statistik www.statistics.tugraz.at Technische Universität Graz

7. November 2009

Was ist Feinstaub? Sehr kleine Staubteilchen PM10: Durchmesser < 10 µm = 0.01 mm Woher kommen sie? •

Primäre Partikel • Verbrennungsprozesse • Abrieb von Reifen und Straßenbelag • Aufwirbelung aus natürlichen Quellen

• •

Sekundäre Partikel Gebildet aus gasförmigen Vorläuferschadstoffen

Gemessen wird Masse in µg/m³ •

Grenzwert für Tagesmittel: 50 µg/m³

4

Messstationen in der Stadt Graz 3 Verkehrsspots 2 Wohngebiete 1 Grüngürtel

7. November 2009

5

Situation in Winterhalbjahr • Ungünstige Meteorologie • Wenig Wind • Wenig Niederschlag • Viele Tage mit Temperatur-Inversion

• Anthropogene Faktoren • Verkehr, Hausbrand, Industrie

• Folgerung • Grenzwert wird häufig überschritten

7. November 2009

6

Monatsmittelwerte von PM10 in 3 Gebieten von Graz 2003-2006

Wohngebiet| Stadtzentrum| Industriegebiet

7. November 2009

7

Menschlicher Einfluss • Hausbrand • Industrie

Location

60

Graz-Nord Graz-Mitte Graz-DB Graz-Süd

95% CI PM10 (µg/m³)

• Verkehr • Indikator

Tagestyp

• Sonn/Feiertag

50

40

Verkehr ≈ 60-70% 30

PM10 ≈ 70-80% Mo-Fr

7. November 2009

Sa

Su/Ho

8

Temperatur-Inversion • Wichtigster Faktor • Temperatur am Grund niedriger als über Grund • Kaum Austausch zwischen Luftschichten

• Inversion ≈ 30-50% der Wintertage • Graz: brauchbarer Messort Kalkleiten: (360m über dem Grund)

7. November 2009

9

Graz-West

Ballonprobe der ZAMG (6 – 20 Uhr) PM10 Konzentration [ µg/m³ ] am 17.03.2004 in Graz-Gries, Firma Roche

Temperatur [ °C ] am 17.03.2004 in Graz-Gries, Firma Roche 300 400

350

250

300

24

110

20 18 16

150

14 12 10

100

Hoehe ueber Grund [m]

22

100

250

90 80 70

200

60 50 40

150

30

8 6

20 100

10

4 50

0 no data -100

2 50

Inversionsobergrenze [ m ]

0

Zeit MEZ

Zeit MEZ

7. November 2009

2015h

1800h

1900h

1700h

1510h

1600h

1400h

1300h

1200h

1100h

1000h

0800h

0900h

0700h

0610h

1900h

2015h

1800h

1700h

1600h

1400h

1510h

1300h

1100h

1200h

1000h

0900h

0800h

0700h

0 0610h

Hoehe ueber Grund [m]

200

120

10

Inversion und Menschlicher Einfluss Graz-Mitte: 5 Wintersaisonen (1.10.–31.3.)

Keine Inversion: 40% niedriger als bei Inversion Sonn/Feiertag: 30% niedriger als an Werktagen 7. November 2009

11

Niederschlag und Wind •

Beide reduzieren PM10-Belastung

•

Aber in Graz • niedrige Windgeschwindigkeiten • wenig Niederschlagstage

7. November 2009

12

Statistisches Prognosemodell Prognose der PM10-Konzentration des nächsten Tages unter Information des laufenden Tages • Prognosen für Graz-Mitte und Graz-Süd in Wintersaison • Modelle einfach und praktikabel • Zuverlässig aber nicht unbedingt präzise •

7. November 2009

13

Multiple Lineare Regressionsmodelle √PM10-Mittelwert des nächsten Tages •

Modelle mit bis zu 9 Variablen (r² ≈ 0.63 – 0.70)

• Messwerte

• PM10 Mittelwert • Mittlere Lufttemperatur

der letzten 24 h von 12 – 12 Uhr der letzten 24 h von 12 – 12 Uhr

• Kategorien • • • •

Samstag Sonntag Februar März

• Meteorologische Vorhersagen für nächsten Tag • Niederschlag • Mittlere Windgeschwindigkeit • Temp(Grund) - Temp(über Grund)

•

→

(0=nein/1=ja) (m/sec) ( 50 µg/m³ → 1 Prognose zu hoch 7. November 2009

25

17 Tage mit Beobachtung PM10 ≥ 75 µg/m³

1 Tag: Prognose PM10 > 75 µg/m³ (rot) 11 Tage: Prognose PM10 > 50 µg/m³ (orange) 5 Tage: Prognose PM10 < 50 µg/m³ (grün) → 5 Prognosen zu niedrig (23.12., 25.12., 4.1., 5.1., 6.1.) 7. November 2009

26

Prognosemodelle für PM10 •

Graz Mitte, Graz Süd • Modelle & Praxistests: 5 Wintersaisonen 2004/05 – 2008/09 • mit „exakter“ Wettervorhersage ≈ 90% zuverlässige Prognosen • mit realer Wettervorhersage ≈ 80% zuverlässige Prognosen

7. November 2009

27

Feinstaubalarm im Jahr 2010 Die Grazer Regionalbahn

7. November 2009

28

Literatur •

Hörmann S., E. Stadlober (2004) Modellierung und Prognose der Feinstaubkonzentration in Graz-Mitte für den Zeitraum Herbst/Winter Endbericht im

Auftrag der Stadt Graz •

Hörmann S., B. Pfeiler, E. Stadlober (2005) Analysis and Prediction of Particulate Matter PM10 for the Winter Season in Graz Austrian Journal of Statistics 34, 307-326

•

Stadlober E., S. Hörmann, B. Pfeiler (2007) Technischer Endbericht AP 2: Statistische Prognosemodelle

EU-Life Projekt KAPA GS •

Stadlober E., S. Hörmann, B. Pfeiler (2008) Quality and Performance of a PM10 Daily Forecasting Model

Atmospheric Environment 42, 1098-1109.

7. November 2009