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Berichte derBundesanstalt für Straßenwesen

Verkehrstechnik Heft V 137

ISSN 0943-9331ISBN 3-86509-449-x

PMx-Belastungen an BAB

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137

von

Anja BaumHakki Hasskelo

Ralf BeckerWilfried Weidner

Berichte derBundesanstalt für Straßenwesen


Verkehrstechnik Heft V 137

Die Bundesanstalt für Straßenwesen veröffentlicht ihre Arbeits- und Forschungs-ergebnisse in der Schriftenreihe Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen. Die Reihebesteht aus folgenden Unterreihen:

A - AllgemeinesB - Brücken- und IngenieurbauF - FahrzeugtechnikM- Mensch und SicherheitS - StraßenbauV - Verkehrstechnik

Es wird darauf hingewiesen, dass die unter dem Namen der Verfasser veröffentlichtenBerichte nicht in jedem Fall die Ansicht desHerausgebers wiedergeben.

Nachdruck und photomechanische Wieder-gabe, auch auszugsweise, nur mit Genehmi-gung der Bundesanstalt für Straßenwesen, Referat Öffentlichkeitsarbeit.

Die Hefte der Schriftenreihe Berichte derBundesanstalt für Straßenwesen können direkt beim Wirtschaftsverlag NW, Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bgm.-Smidt-Str. 74-76, D-27568 Bremerhaven, Telefon (04 71) 9 45 44 - 0, bezogen werden.

Über die Forschungsergebnisse und ihre Veröffentlichungen wird in Kurzform imInformationsdienst BASt-Info berichtet.Dieser Dienst wird kostenlos abgegeben;Interessenten wenden sich bitte an dieBundesanstalt für Straßenwesen, Referat Öffentlichkeitsarbeit.

Impressum

Bericht zum Forschungsprojekt 77.470/2002:Anwendung von Sicherheitsaudits an Stadtstraßen

ProjektbetreuungRoland Weber

HerausgeberBundesanstalt für StraßenwesenBrüderstraße 53, D-51427 Bergisch GladbachTelefon: (0 22 04) 43 - 0Telefax: (0 22 04) 43 - 674

RedaktionReferat Öffentlichkeitsarbeit

Druck und VerlagWirtschaftsverlag NWVerlag für neue Wissenschaft GmbHPostfach 10 11 10, D-27511 BremerhavenTelefon: (04 71) 9 45 44 - 0Telefax: (04 71) 9 45 44 77Email: [email protected]: www.nw-verlag.de

ISSN 0943-9331ISBN 3-86509-323-X

Bergisch Gladbach, Juli 2005

Impressum

Bericht zum Projekt 03637 des Arbeitsprogrammesder Bundesanstalt für Straßenwesen:PMx-Belastungen an BAB

ISSN 0943-9331ISBN 3-86509-449-x

Bergisch Gladbach, März 2006

Kurzfassung – Abstract


Im Zuge der Umsetzung der EU-Richtlinie1999/30/EG (über Grenzwerte für Schwefeldioxid,Stickstoffdioxid und Stickstoffoxide, Partikel undBlei in der Luft) in nationales Recht wurde die 22. Verordnung zum Bundesimmissionsschutz-gesetz (22. BImSchV) im September 2002 novel-liert.

Da für Autobahnen bisher keine aussagekräftigenDaten von PM10-Belastungen existierten, war esZiel des Projektes, solche messtechnisch aufzu-nehmen und Ergebnisse zu erhalten, mit denensich genauere Aussagen über die PM10-Immissio-nen an hochfrequentierten Autobahnen treffen las-sen. Dabei wurden Daten an zwei Messquerschnit-ten an der BAB A 4 und der BAB A 61 mit unter-schiedlich hohen Schwerverkehrsanteilen am Ge-samtverkehr aufgenommen. Der Messquerschnittan der A 61 weist dabei im Vergleich zu den an derA 4 registrierten Werten einen 2,35-mal so hohenSchwerverkehrsanteil am Gesamtverkehrsaufkom-men auf.

Die Untersuchung der meteorologischen Parame-ter in Bezug auf die Höhe der PM10-Immissionenam Messquerschnitt an der A 4 hat ergaben, dassinsbesondere die relative Luftfeuchte eng mit derPM10-Belastung korreliert. Ein weiterer Einfluss aufdie Höhe der Feinstaubbelastungen konnte teilwei-se während der Schulferien am Messquerschnitt ander A 4 beobachtet werden, während derer sehrwahrscheinlich durch einen Rückgang der Ver-kehrsmengen und dadurch zunehmende Fahr-zeuggeschwindigkeiten eine Erhöhung der Schad-stoffbelastung hervorgerufen wurde. Eine Ände-rung der durchschnittlichen PM10-Belastung tratebenfalls während der Zeit von Baumaßnahmen in-nerhalb des Messquerschnitts an der A 61 auf,während derer eine Geschwindigkeitsbeschrän-kung auf 80 km/h galt und innerhalb derer derSchwerverkehr über unterschiedliche Fahrstreifengeführt wurde.

Auch wurden die PM10-Daten der beiden Mess-querschnitte einander gegenübergestellt. Im Mittellagen die Immissionswerte an der A 61 um 0,4 % unter denen, die an der A 4 aufgenommenwurden.

Insgesamt zeigt sich deutlich, dass sich die Feinstaubpartikel durch viele verschiedene Ein-flussgrößen sehr komplex verhalten und ihr Aus-breitungsverhalten noch wenig verstanden wird.

PMx loads on the BAB (Bundesautobahn = Federal Highway)

The 22nd ordinance on the Federal ImmissionControl Act (22. BimSchV) was amended in thecourse of the conversion of the EU guideline1999/30/EC (on limits for sulphur dioxide, nitrogendioxide and nitrogen oxides, particles and leadcontent in the air) into national law in September2002.

Since there were no significant data on PM10 loadstill now, it was the aim of the project to record theseby measurement and to obtain results with whichmore precise statements on PM10 immissions onmotorways with heavy traffic could be made. Datawas recorded at two measurement cross sectionson the BAB A 4 and the BAB A 61 with a varyingproportion of heavy traffic to the traffic on thewhole. The measurement cross section on the A 61here indicates a proportion of heavy traffic to thetraffic on the whole that is 2.35 times highercompared to the values registered on the A 4.

The examination of the meteorological parameterswith respect to the amount of PM10 immissions atthe measurement cross section on the A 4 showedthat the relative air moisture in particular correlatesclosely with the PM10 load. A further influence onthe load of particulate matter could partly beobserved during the school holidays at themeasurement cross section on the A 4, duringwhich time, most probably, an increase in thepollutant load was caused by a decrease in trafficand thus an increase in vehicle speeds. A changein average PM10 load also occurred during theperiod of construction work within themeasurement cross section on the A 61 duringwhich period there was a speed limit of 80km/hand within which time the heavy traffic ran overvarious traffic lanes.

The PM10 data of both the measurement crosssections were compared with each other. Theaverage was the immission values on the A 61

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which were 0.4% below those recorded on the A 4.

On the whole there is a clear indication that theparticles of fine dust behave in a very complexmanner due to many different influencing variablesand that their dispersion behaviour is still not wellunderstood.

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Inhalt

1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1 Projektziel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.2 Begriffsbestimmungen . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3 Rechtlicher Kontext . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2 Messgebiete und Messaufbau . . . . . . 8

2.1 A 4 (Streckenkilometer 92,7) . . . . . . . . . 8

2.2 A 61 (Streckenkilometer 177,5) . . . . . . . 9

3 Messdurchführung . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.1 Partikel PM10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.2 Partikel PMx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.3 Meteorologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4 Grundlagen des Schadstoff-verhaltens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.1 Partikelquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.2 Verkehrsbedingte Partikel-emissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.3 Partikelgrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.4 Lebensdauer von Partikeln . . . . . . . . . . . 15

4.5 Gesundheitliche Auswirkungen von Partikeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5 Messergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5.1 Verkehrsmengen und Schwer-verkehrsanteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5.2 Meteorologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.3 Partikel PMx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

5.3.1 Anforderungen der 22. BImSchV . . . . . . 24

5.3.2 Einfluss Meteorologie . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.3.3 Einfluss Schulferien . . . . . . . . . . . . . . . . 32

5.3.4 Einfluss Arbeitsstelle . . . . . . . . . . . . . . . 37

5.3.5 Vergleichsmessungen an zwei Messquerschnitten . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . 41

7 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

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1 Einleitung

1.1 Projektziel

Im Zuge der Umsetzung der EU-Richtlinie 1999/30/EG (über Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stick-stoffdioxid und Stickstoffoxide, Partikel und Blei in der Luft) in nationales Recht wurde die 22. Verordnung zum Bundesimmissionsschutzgesetz(22. BImSchV) im September 2002 novelliert. In-situ-Messungen in Stadtbereichen und an Bun-desstraßen und Modellierungen von Luftverunrei-nigungen an Autobahnen und sonstigen Außerorts-straßen haben gezeigt, dass die in der 22.BImSchV geforderten Grenzwerte insbesondere für Partikel (PM10) vor allem bei hoher Hintergrund-belastung heutzutage und auch in Zukunft zumgrößten Teil nicht eingehalten werden können.

Da für Autobahnen bisher keine aussagekräftigenDaten von PM10-Belastungen existierten, war esZiel des Projektes, solche messtechnisch aufzu-nehmen und Ergebnisse zu erhalten, mit denensich genauere Aussagen über die PM10-Immissio-nen an hochfrequentierten Autobahnen treffen las-sen. Dabei wurden Daten an zwei Messquerschnit-ten an der BAB A 4 und der BAB A 61 mit unter-schiedlich hohen Schwerverkehrsanteilen am Ge-samtverkehr aufgenommen, um neben dem Ein-fluss der meteorologischen Größen auch Informa-tionen über die Auswirkung dieses Parameters zuerhalten. Der Messquerschnitt an der A 61 weistdabei im Vergleich zu den an der A 4 registriertenWerten einen 2,35-mal so hohen Schwerverkehrs-anteil am Gesamtverkehrsaufkommen auf (sieheTabelle 1.1).

Da sich mit sinkendem Durchmesser der Partikelihr Gefahrenpotenzial für den Respirationstrakt desMenschen erhöht (BLIEFERT, 2002; WICHMANNet al., 2002), sollte eine Messwertaufnahme nichtauf die PM10 begrenzt bleiben, sondern zeitgleicheMessungen mehrerer Partikel-Fraktionen (PM10,PM2,5 und PM1) durchgeführt werden.

1.2 Begriffsbestimmungen

MessquerschnittGesamtheit aller Stationen zur Messwertaufnahmean einem Autobahnabschnitt. Für dieses Projektwurden zwei Messquerschnitte betrieben, einer ander A 4 und einer an der A 61 (siehe Kapitel 2).

MessstationRaum, in dem die Messgeräte zur Aufnahme derSchadstoffkonzentrationen oder der meteorologi-schen Parameter untergebracht sind. Am Mess-querschnitt an der A 4 existieren zurzeit vier Mess-stationen: zwei Messhütten direkt neben der Tras-se, eine im Abgaslabor der BASt und eine me-teorologische Station auf dem Dach des BASt-Ge-bäude. Am Messquerschnitt an der A 61 existierteine Messstation.

MessstelleAnsaugstelle/Messfühler für eine Schadstoffkom-ponente (NOx, O3, PMx) oder für meteorologischeParameter in einer bestimmten Entfernung zurFahrbahn.

HalbstundenmittelwertMittelwert der über eine halbe Stunde aufgenom-menen Konzentrationswerte der Schadstoffbelas-tung.

StundenmittelwertWert der aufgenommenen und über eine volleStunde gemittelten Halbstundenmittelwerte derSchadstoffbelastung. (In der 22. BImSchV werdenfür die Schadstoffkomponenten SO2 und NO2Stundenmittelgrenzwerte gefordert.)

TagesmittelwertWert der aufgenommenen und über einen betrach-teten Tag gemittelten Halbstundenmittelwerte derSchadstoffbelastung. (In der 22. BImSchV werdenfür die Schadstoffkomponenten SO2 und PM10-Tagesmittelgrenzwerte gefordert.)

MonatsmittelwertWert der aufgenommenen und über einen betrach-teten Monat gemittelten Halbstundenmittelwerteder Schadstoffbelastung.

JahresmittelwertWert der aufgenommenen und über ein Kalender-jahr gemittelten Halbstundenmittelwerte der Schad-

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Tab. 1.1: Gegenüberstellung des durchschnittlichen täglichenVerkehrs (DTV) und des prozentualen Schwerver-kehrsanteils der beiden Messquerschnitte an der BABA 4 und der BAB A 61 (Bezugsjahr 2003)

BAB DTV [Kfz/24 h] SV-Anteil [% DTV]

A 4 72.800 9,2

A 61 72.900 21,6

stoffbelastung. (In der 22. BImSchV werden für dieSchadstoffkomponenten SO2, NO2, NOx, PM10, Pbund C6H6 Jahresmittelgrenzwerte gefordert.)

Tagesganglinien

Kurve aller zu einer jeweiligen Tageszeit über einKalenderjahr gemittelten Messwerte des darge-stellten Parameters.

1.3 Rechtlicher Kontext

In der zuletzt im Juli 2004 geänderten 22. Verord-nung zur Durchführung des Bundes-Immissions-schutzgesetzes (22. BImSchV) werden durch Um-setzung der EU-Richtlinie 1999/30/EG in nationalesRecht Grenzwerte für Schwefeldioxid (SO2), Stick-stoffoxide (NOx), Partikel (PM10), Blei (Pb), Benzol(C6H6) und Kohlenmonoxid (CO) vorgegeben, diezu unterschiedlichen Zeitpunkten wirksam werden.Die seit 01.01.2005 in Kraft getretenen Grenzwertefür die Schadstoffkomponente PM10 sind in Tabel-le 1.2 aufgeführt.

Die in Tabelle 1.2 aufgeführten Grenzwerte geltenzum Schutz der menschlichen Gesundheit. DieProbenahmestellen, an denen diesbezügliche Mes-sungen vorgenommen werden, „sollten“ gemäßAnlage 2 Nr. I 22. BImSchV „so gelegt werden,dass Daten zu den Bereichen innerhalb von Gebie-ten und Ballungsräumen gewonnen werden, indenen die höchsten Konzentrationen auftreten,denen die Bevölkerung wahrscheinlich direkt oderindirekt über einen Zeitraum ausgesetzt sein wird,der der Mittelungszeit des betreffenden Immissi-onsgrenzwertes Rechnung trägt“.

Auch sollten die Probenahmestellen nach großräu-migen Standortkriterien „im Allgemeinen so gelegtwerden, dass die Messung sehr begrenzter undkleinräumiger Umweltbedingungen in ihrer unmit-telbaren Nähe vermieden wird. Als Anhaltspunktgilt, dass eine Probenahmestelle so gelegen sein

sollte, dass sie für die Luftqualität in einem umge-benden Bereich von mindestens 200 m2 bei Pro-benahmestellen für den Verkehr und mehrerenQuadratkilometern bei Probenahmestellen fürstädtische Hintergrundquellen repräsentativ ist“.

Des Weiteren wird in Anlage 2 Nr. II 22. BImSchV zuden lokalen Standortkriterien ausgeführt: „Probe-nahmestellen für den Verkehr sollten

· in Bezug auf alle Schadstoffe mindestens 25 mvon großen Kreuzungen und mindestens 4 mvon der Mitte des nächstgelegenen Fahrstrei-fens entfernt sein;

· für Stickstoffdioxid- und Kohlenmonoxid-Mes-sungen höchstens 5 m vom Fahrbahnrand ent-fernt sein;

zur Messung von Partikeln, Blei und Benzol so ge-legen sein, dass sie für die Luftqualität nahe derBaufluchtlinie repräsentativ sind.“

2 Messgebiete und Messaufbau

2.1 A 4 (Streckenkilometer 92,7)

Die PM10-Messstelle, die an der in dieser Höhe vonW nach O verlaufenden A 4 betrieben wird, liegt auf der südlichen Seite der Autobahntrasse (sieheBilder 2.1 und 2.2). Das Analysegerät ist in einer Messstation untergebracht, die sich in einem Waldgebiet (Königsforst) befindet. Auf einem derDächer des BASt-Gebäudes werden die ParameterWindgeschwindigkeit, -richtung, Temperatur,Feuchte und Gesamtstrahlung aufgenommen. In

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Tab. 1.2: Grenzwerte und erlaubte Überschreitungen derGrenzwerte für PM10 gemäß RL 1999/30/EG bzw. 22.BImSchV (BGBl 2002)

Werte

PM10

Tagesmittel-grenzwert

Jahresmittel-grenzwert

Grenzwert 50 µg/m3 40 µg/m3

erlaubte Überschreitungenab 01/2005

35/a -

Bild 2.1: Topografische Lage des Messquerschnitts (im Zen-trum der Windrose) an der A 4 neben dem Geländeder BASt

beiden Fahrtrichtungen sind Schleifendetektorenzur Erfassung von Verkehrsstärke und Verkehrszu-sammensetzung in die Fahrbahn eingelassen. Aufder Trassennordseite befindet sich eine etwa 5 mhohe Lärmschutzwand. Die gesamten Messstellen

des Messquerschnitts sind in Tabelle 2.1 darge-stellt.

Die Messstelle 4 O für die PM10-Komponente erfüllt die lokalen Standortkriterien für Probe-nahmestellen aus Anlage 2 Nr. II 22. BImSchV. Darüber hinaus kann der gesamte Messquerschnittals repräsentativ für einen umgebenden Bereichvon mindestens 200 m2 gemäß Anlage 2 Nr. I 22. BImSchV angesehen werden (siehe Kapitel1.3).

An dem Messquerschnitt an der A 4 tritt eine vorherrschende Windrichtung aus dem Bereich120°–150° (OSO–SSO, siehe Bild 2.1) auf. Auf der nördlichen Trassenseite verläuft eine mäßig befahrene Gemeindestraße, hinter der sich direktdas Gelände der BASt anschließt, während imSüden das oben erwähnte ausgedehnte Waldge-biet liegt.

2.2 A 61 (Streckenkilometer 177,5)

Der Messquerschnitt an der dort von NW nach SOverlaufenden A 61 bei Streckenkilometer 177,5liegt auf dem Betriebsgelände der Autobahnmeis-terei Mendig, auf dem diese eine Salzhalle betreibt.Direkt angrenzend befindet sich in FahrtrichtungKoblenz der Rastplatz „Goldene Meile“.

Der Messquerschnitt ist umgeben von landwirt-schaftlichen Nutzflächen und frei von Wohn- oder

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Bild 2.2: Messquerschnitt an der A 4; Seitenansicht in Richtung Osten (Olpe). Der Pfeil gibt den Standort der PM10-Messstelle an

Tab. 2.1: Messstellen des Messquerschnitts an der A 4 (fett:PM10-Messstelle)

Mess-stelle

Laterale Lage ge-genüber Fahrbahn

HöheMesspa-rameter

5 O49 m südlich desFahrbahnrandes(Richtung Olpe)

1,6 m über GrundNO NO2

4 O13 m südlich desFahrbahnrandes(Richtung Olpe)

3,5 m über Grund(O3 und PM10) 7,3 m über Grund(Meteorologie)

O3 PM10

Meteo-rologie

1 O2,4 m südlich desFahrbahnrandes(Richtung Olpe)

1,6 m über GrundNONO2

MS Mittelstreifen 1,1 m über GrundNO NO2

1 K1,5 m nördlich desFahrbahnrandes(Richtung Köln)


2 K11 m nördlich desFahrbahnrandes(Richtung Köln)


Labor208 m nördlich desFahrbahnrandes(Richtung Köln)

7 m über GrundNO NO2 O3

Meteo-rologie

284 m nördlich desFahrbahnrandes(Richtung Köln)

22,5 m über Grund(Windparameter) 19,3 m über Grund(Strahlung, Tempera-tur)

Meteo-rologie

landwirtschaftlicher Bebauung. Schleifendetekto-ren für die Erfassung von Verkehrsstärke und -zu-sammensetzung in beiden Fahrtrichtungen sindebenso vorhanden wie eine Messstelle zur Aufnah-me der meteorologischen Parameter. Das PM10-Messgerät befindet sich in einem Wetterschutz-schrank (siehe Bild 3.2) auf der südwestlichen Seiteder Autobahntrasse. Es wird eine vorherrschendeWindrichtung aus 220°–230° (SW) beobachtet(siehe Kapitel 5.2), also senkrecht zum Verlauf derAutobahn.

Die Messstellen des gesamten Querschnitts sindwie in Tabelle 2.2 aufgeführt verteilt.

Die Messstelle der PM10-Komponente erfüllt hierebenfalls die Anforderungen aus Anlage 2 Nr. I undII 22. BImSchV. Auch der Messquerschnitt an der A61 kann als repräsentativ für einen umgebenden

Bereich von mindestens 200 m2 gemäß Anlage 2Nr. I 22. BImSchV angesehen werden (siehe Kapi-tel 1.3).

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Bild 2.4: Messquerschnitt an der A 61; Seitenansicht in Richtung Südosten. Der Pfeil gibt den Standort der PM10-Messstelle an

Bild 2.3: Topografische Lage des Messquerschnitts (im Zen-trum der Windrose) an der A 61

Tab. 2.2: Messstellen des Messquerschnitts an der A 61 (fett:PM10-Messstelle)

Mess-stelle

Laterale Lage gegenüber Fahrbahn

HöheMesspara-

meter

MS Mittelstreifen1,5 m über

GrundNO NO2

1 KO1,5 m von Fahrbahnrand(Richtung Koblenz)

1,5 m überGrund

NO NO2

2 KO16,4 m von Fahrbahn-rand (Richtung Koblenz)

3,5 m überGrund

PM10

Meteo-rologie

20,3 m von Fahrbahnrand5,5 m über

GrundWindgeschw.Windrichtung

3 KO28,4 m von Fahrbahnrand(Richtung Koblenz)

2,4 m überGrund

O3

Bild 2.5: Messquerschnitt an der A 61. Auf der rechten Bildsei-te befindet sich der Rastplatz „Goldene Meile“;Blickrichtung ist SO (Richtung Koblenz)

3 Messdurchführung

3.1 Partikel PM10

Das verwendete Gerät TEOM 1400a der FirmaMLU ist ein gravimetrisches Messgerät, welchesdie Umgebungsluft mit einer konstanten Flussratedurch ein Filter saugt, kontinuierliche Messungendes Filtergewichts vornimmt und Massenkonzen-trationen in annähernd Echtzeit (10 Minuten) be-stimmt. Zusätzlich hierzu können Gesamtmassen-konzentration und 30-Minuten-, 1-Stunden-, 8-Stunden- sowie Tagesmittelwerte errechnet wer-den. Die aufgenommenen Daten werden auf einezentrale Datenerfassungsanlage, die im Luftschad-stofflabor der BASt aufgestellt ist, übertragen unddort abgespeichert.

Der gesammelte Massenstrom wird im Instrumentauf eine Temperatur von 50 °C aufgeheizt, bevor erdurch den Massenumwandler geleitet wird, um dieEffekte von stark schwankenden Umgebungskon-ditionen auszugleichen und bei einer gleich blei-bend sehr niedrigen Feuchte zu messen.

Zunächst wird der gesammelte Massenstrom miteiner vorgegebenen Flussrate von 16,7 l/min durch

das PM10-Filter (dieses lässt ausschließlich Partikelmit einer Größe < 10 µm aerodynamischen Durch-messers passieren) gesaugt, hinter dem er in einenBypassstrom von 13,7 l/min und einen Teilstromvon 3 l/min geteilt wird. Letzterer wird an einenMassenwertumwandler weitergeleitet, in dem erein teflonbeschichtetes Silikatfilter passiert, wel-ches alle zwei Sekunden gewogen wird. Die Diffe-renz zwischen dem jeweils gemessenen Gewichtund dem Anfangsgewicht des Filters, das automa-tisch nach Einsetzen eines neuen Filters gewogenwird, gibt die Gesamtmasse der gesammelten Par-tikel an. Die so gewonnenen Werte werden sofortexponentiell geglättet. Die Massenrate wird sodannunter Verwendung der Zunahme der geglättetenGesamtmasse zwischen aktuell gemessenem Wertund dem gerade vorangegangenen Messwert be-rechnet und in g/sec angegeben. Dieser Wert wird

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Bild 3.1: Schematische Darstellung des PM10-MessgerätesTEOM 1400a (Rupprecht & Pataschnik Co., 1996) Bild 3.2: PM10-Messstelle am Messquerschnitt an der A 61

ebenfalls exponentiell geglättet. Die Massenkon-zentration wird letztendlich errechnet durch Divi-sion von Massenrate durch Flussrate (korrigiertdurch EPA-Standard-Temperatur und -Druck) undso angegeben. Während der Teilstrom wie obenbeschrieben das austauschbare Filter im Massen-wertumwandler durchläuft und über das zweite Fil-ter an den Massenfluss-Controller weitergeleitetwird, wird der Bypassstrom ebenfalls in einemgroßen Bypassfilter gefiltert, bevor er einen zweitenMassenfluss-Controller passiert.

Bei den TEOM-Partikelmessgeräten treten Fehlda-ten vor allem im Zusammenhang mit dem Erhitzendes gesammelten Massenstroms auf etwa 50 °Cauf, da es dabei zum Verdampfen der flüchtigenStaubbestandteile kommen kann, die somit vondem Messgerät nicht erfasst werden können undnicht in die Massenbilanz eingehen. Zur Vermei-dung dieses Effekts wurde ein so genanntes Sample Equilibration System (SES) eingesetzt, wel-ches einen Gerätebetrieb bei etwa 30 °C für sowohlhohe als auch niedrige Außentemperaturen undhohe Außenluftfeuchtigkeit ermöglicht.

Für PM10-Probenahmegeräte werden gemäß DIN EN 12341 „Ermittlung der PM10-Fraktion vonSchwebstaub“ Prüfverfahren für den Vergleich vonMessergebnissen aus einer Feldprüfung mit einemTestgerät und einem PM10-Referenzgerät fest-gelegt zum Nachweis der Gleichwertigkeit vonMessverfahren und Referenzmethode. Damit soll die messtechnische Überwachung im Rahmender Richtlinie 96/62/EG (Rahmenrichtlinie über dieBeurteilung und Kontrolle der Luftqualität) so-wie der ersten Tochterrichtlinie 99/30/EG verein-heitlicht werden. Die eingesetzten PM10-Gerätewurden gemäß dieser Norm auf Gleichwertig-keit mit dem Referenzverfahren geprüft. Jedochmüssen bei der Messwertaufnahme mit den zurVerfügung stehenden unterschiedlichen Mess-methoden auch in der Richtlinie 99/30/EG respek-tive der 22. BImSchV geforderte Datenqualitäts-ziele erfüllt werden. Bei kontinuierlichen Mess-verfahren, wie sie in diesem Projekt verwendetwurden, ist hierfür die Verwendung von Korrektur-funktionen erforderlich. Wurde kein eigener Korrek-turfaktor bestimmt, kann ein vorläufiger Korrektur-faktur von 1,3 verwendet werden (EC WG on Particulate Matter, 2002). Dieser liegt auch in derGrößenordnung des für Nordrhein-Westfalen be-stimmten standortunabhängigen Faktors fürTEOM-Geräte, der im Mittel bei 1,28 liegt (PFEF-FER et al., 2004).

3.2 Partikel PMx

Es wurde über drei Monate ein Gerät der FirmaGrimm für die kontinuierliche und gleichzeitige Auf-nahme mehrerer Feinstaubkomponenten angemie-tet, um Vergleichsmessungen mit den bisher einge-setzten TEOM-Geräten durchzuführen.

Bei diesem Gerät handelt es sich um das Immissi-ons-Feinstaubmesssystem ENVIROcheck 107 zurgleichzeitigen Messung der PM10-, PM2,5- undPM1-Fraktion. Es registriert Staubmassewerte derangegeben drei Komponenten; zusätzlich werdenTemperatur, relative Feuchte und Luftdruck aufge-nommen.

Zur Bestimmung der Massenkonzentrationen derStäube und deren Aerosolverteilung wird das Prin-zip der Streulichtmessung der Einzelpartikel ge-nutzt. Hierbei dient ein Halbleiterlaser als Licht-quelle, durch deren Strahl innerhalb der Messzelledie zu detektierenden Partikel durch eine internevolumengesteuerte Pumpe geleitet werden. An denPartikeln wird so ein Streulicht erzeugt, welches er-fasst und auf einen Detektor geleitet wird. Die dortgemessene Lichtintensität ist der Partikelgrößeproportional. Bei bekanntem Partikeldurchmesserund bekannter Dichte kann unter Annahme der Ku-gelform der Partikel die Partikelmasse aus der Par-tikelanzahl abgeleitet werden. Die Streulichtinten-sitäten werden mit Testaerosolen bekannter Teil-chengröße und Dichte genormt und zur Bestim-mung der Massenkonzentration polydisperser Ge-menge mit einem empirisch ermittelten Korrektur-faktor versehen.

3.3 Meteorologie

Der kombinierte Windsensor erfasst die Werte derWindgeschwindigkeit (durch einen trägheitsarmenSchalenstern) und der Windrichtung (durch eineträgheitsarme Leichtmetallwindfahne) und wandeltdiese in elektrische Signale um. Er kann in einemGeschwindigkeitsbereich von 0 bis 40 m/sec ein-gesetzt werden. Der Windgeber ist gegen Eis- undRaureifbildung im Winterbetrieb mit einer ther-mostatisch geregelten elektrischen Heizung ausge-stattet.

Der Strahlungssensor (Pyranometer) auf dem Dach des BASt-Gebäudes erfasst die kurzwelligeStrahlung im Spektralbereich von 0,3 bis 3 µm.Diese Globalstrahlung setzt sich aus der direkten

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Sonnenstrahlung und der diffusen Himmelsstrah-lung zusammen, gemessen auf einer horizontalenFläche. Die Strahlungsintensität wird durch dieTemperaturdifferenz zwischen schwarzen undweißen Plättchen gemessen. Diese Temperatur-differenz wird durch eine hochempfindliche Ther-mosäule abgegriffen; die dabei entstehende Ther-mospannung ist ein Maß für die zu messendeStrahlung.

Der Feuchtigkeitssensor (Hygrometer) misst die relative Luftfeuchtigkeit in einem Messbereich von10 bis 100 % relativer Feuchte nach dem Prinzipder Ausdehnung eines menschlichen Haares beizunehmender Feuchtigkeit.

4 Grundlagen des Schadstoff-verhaltens

4.1 Partikelquellen

Partikel- oder Staubemissionen aus anthropoge-nen Quellen entstehen in der Atmosphäre vorwie-gend bei Verbrennungsvorgängen, durch mechani-sche Prozesse oder durch Aufwirbelung und wer-den dispersiv in Gasen verteilt. Neben Seesalz istBodenstaub die größte Quelle von partikelförmigerSubstanz in der Atmosphäre. Er entsteht durch(Wind-)Erosion und Resuspension durch anthropo-gene Aktivitäten, z. B. auch den Straßenverkehr(MÖLLER, 2003). Die direkt vom Menschen emit-tierten Stäube entstehen bei Verbrennungsprozes-sen (Flugasche, (Diesel-)Ruß), bei sonstigen Indus-trieprozessen (Materialverarbeitung), beim Um-schlag von Schüttgütern, in der Landwirtschaftsowie durch den Abrieb von Reifen, Kupplung undBremsen im Straßenverkehr. Dieser anthropogeneStaub enthält durchschnittlich mehr als 80 %PM10-Partikel und in städtischen Gebieten liegtunter normalen Emissionsbedingungen (kein un-mittelbarer Einfluss einer Emissionsquelle, durch-schnittliche Windgeschwindigkeiten, keine größe-ren Flächen mit unbefestigtem, nicht bewachse-nem, sandigem Boden) der Anteil der PM10 am ge-samten Luftstaub recht konstant bei etwa 85 %(BLIEFERT, 2002).

Die Zusammensetzung von Aerosolen hängt starkvon der Herkunft der in ihnen enthaltenen Partikelab. In Mineralstaub sind vor allem Calcium-, Alumi-nium- und Siliziumverbindungen enthalten. In Aerosolen, deren Ursprung in Verbrennungspro-zessen fossiler Brennstoffe zu finden ist, sind orga-nische Verbindungen und polyzyklische aromati-sche Kohlenwasserstoffe (PAK) angereichert. Die inRegenwassertröpfchen enthaltenen Ionen hinge-gen stammen insbesondere aus Seesalzaerosolen,Erdstaub sowie biologischen und anthropogenenEmissionen aus Industrie- und Verbrennungspro-zessen (BLIEFERT, 2002).

4.2 Verkehrsbedingte Partikel-emissionen

Motorbedingte Partikel werden bei den Verbren-nungsprozessen im Fahrzeugmotor erzeugt. Hier-bei ruft nicht nur der Betrieb von DieselfahrzeugenFeinstaubemissionen hervor, auch bei direktein-spritzenden Pkw werden solche freigesetzt (UMK

13

Bild 3.3: Wind- und Strahlungsgeber auf dem Dach des BASt-Gebäudes

AG, 2004). Jedoch gehen von Dieselfahrzeugen diehöheren Partikelmengen aus. Durch eine stetigeZunahme der neu zugelassenen Diesel-Pkw – derAnteil der Diesel-Pkw an den Neuzulassungen be-trägt mittlerweile 40 % (Stand 2003) – konnte dahertrotz verbesserter, emissionsärmerer Motorentech-nik keine Minderung der Feinstaubkonzentrationenregistriert werden. Der Anteil der ultrafeinen Parti-kel, die aus Diesel-Fahrzeugen stammen, hat sogarzugenommen (UBA, 2003).

Durch Verbesserung der Verbrennungsprozessekonnte der Ausstoß von motorbedingten Partikelnin den vergangenen Jahren deutlich gemindertwerden. Eine weitere Senkung der Feinstaubemis-sionen kann nach dem derzeitigen Stand der Tech-nik jedoch nur mit einer Abgas-Nachbehandlungdurch Partikelfilter erreicht werden. Minderungsra-ten liegen hier für die Partikelmasse bei weit über90 % und hinsichtlich der Partikelanzahl bei über99,99 % (UBA, 2003).

Nicht-motorbedingte Partikel setzen sich zusam-men aus Abrieben von Bremsen, Reifen, Kupplungund Fahrbahn, durch Eintrag von außen aus natür-lichen (z. B. Mineralstaub) und anthropogenenQuellen (z. B. Industrie) sowie durch Wiederaufwir-belung des schon deponierten Materials. MehrereStudien lassen vermuten, dass der Anteil der nicht-motorbedingten Partikel an den Gesamt-PM10 imflüssigen Verkehr etwa in der Größenordnung dermotorbedingten Partikel liegt. Durch Brems- undAnfahrvorgänge werden aber sehr viel mehr Parti-kel abgerieben bzw. wieder aufgewirbelt, sodass z. B. an Lichtsignalanlagen drei- bis viermal mehrPartikel emittiert werden als im fließenden Verkehr(UVEK, 2003; UMK AG, 2004).

Der Schwerverkehr ruft den größten Teil sowohl dermotorbedingten als auch der nicht-motorbeding-ten Partikelemissionen hervor. Die Nutzfahrzeugeverursachen etwa 70 % der durch den Straßenver-kehr hervorgerufenen motorbedingten Partikel-emissionen (UVEK, 2003). Im Schwerverkehr, derbundesweit einen durchschnittlichen Anteil von 15 % am Gesamtverkehr hat (Erhebungsjahr 2002,BASt 2004), ist daher ein großer Beitrag zu denFeinstaubbelastungen an Straßen zu sehen.

4.3 Partikelgrößen

Bei den PM10-Partikeln (PM: particulate matter)handelt es sich um Staubpartikel mit einem aero-dynamischen Durchmesser dae ≤ 10 µm, auchFeinstaub genannt im Gegensatz zu Feinststaubund Grobstaub; teilweise wird auch von Ultrafein-staub gesprochen. Alle Kategorien gehören zu derStaubfraktion der Schwebstoffe in der Atmosphä-re, die in ihrem kolloidalen System mit der Luftauch als Aerosol bezeichnet werden.

Unter dem aerodynamischen Durchmesser ver-steht man den Durchmesser einer Kugel mit dergleichen Sinkgeschwindigkeit wie das betrachtetePartikel, aber mit der Einheitsdichte ρ0 = 1 g/m3.

In Bezug auf die Lungengängigkeit wird in der DINEN 481 (DIN EN 481:1993 „Arbeitsplatzatmosphä-re – Festlegung der Teilchengrößenverteilung zurMessung luftgetragener Partikel“) auch zwischeneinatembarer, (extra-)thorakaler, tracheobronchia-ler und alveolengängiger Fraktion unterschieden(BLIEFERT, 2002). Tabelle 4.1 stellt beide Nomen-klaturen einander gegenüber.

14

Tab. 4.1: Teilchendurchmesser der unterschiedlichen Partikelfraktionen. Je nach Quelle variieren diese Angaben

Bezeichnung Einteilung nach DIN EN 481 LungengängigkeitaerodynamischerDurchmesser dae

Grobstaub einatembare und (extra-)thorakale Fraktionwird durch Mund und Nase einge-atmet und dringt nicht über denKehlkopf hinaus ein

dae ≤ 200 µm

Gesamtschwebstaub (TSP)

einatembare und (extra-)thorakale Fraktionwird durch Mund und Nase einge-atmet und dringt nicht über denKehlkopf hinaus ein

dae ≤ 15 µm (früher: dae ≤ 35 µm)

Feinstaub tracheobronchiale Fraktiondringt über den Kehlkopf hinausein, gelangt aber nicht bis in dieLungenbläschen (Alveolen)

dae ≤ 10 µm(teilweise auch: dae ≤ 2,5 µm)

Feinststaub alveolengängige Fraktion gelangt bis in die Lungenbläschen dae ≤ 1 µm

Ultrafeinstaub alveolengängige Fraktion gelangt bis in die Lungenbläschen dae ≤ 0,1 µm

In Bild 4.1 ist die typische Verteilung der Größen-ordnungen von Partikeln dargestellt.

4.4 Lebensdauer von Partikeln

Die Lebensdauer von Aerosolen in der Nähe derErdoberfläche wird durch den aerodynamischenDurchmesser der Aerosolpartikel und den darausresultierenden Mechanismus ihrer Deposition be-stimmt. Man unterscheidet hierbei zwischen Koa-gulation, nasser Ausscheidung, z. B. durch Regen,und Sedimentation (siehe Tabelle 4.2).

Die Ultrafeinpartikel im Größenbereich kleiner 0,1 µm koagulieren aufgrund ihrer hohen diffusivenEigenbeweglichkeit miteinander zu größeren Teil-chen. Dies geschieht je nach Aerosolkonzentrationund thermodynamischen Bedingungen innerhalbvon Bruchteilen von Sekunden bis zu Stunden. Siewerden auch Nukleationsmode genannt. Bei denPartikeln im Größenbereich zwischen 0,1 und 10 µm nimmt die Diffusionsgeschwindigkeit ab undihre Lebensdauer kann luftgetragen bis zu mehre-ren Wochen betragen. Sie werden auch Akkumula-tionsmode genannt und können sehr weiteStrecken (bis zu mehreren 1.000 km) während die-ser Zeit zurücklegen. Sie werden hauptsächlichdurch Wolkenbildung und Regen aus der Atmos-

phäre ausgewaschen, können aber auch trockendeponiert werden. Die Partikel größer 10 µm unter-liegen zum größten Teil einer Sedimentation.

Die Ultrafeinpartikel weisen eine höhere Koagula-tionsrate bei Anlagerung an die größeren Feinparti-kel auf (polydisperse Koagulation) als bei Anlage-rung an Partikel ihrer Größe (monodisperse Koagu-lation), wenn die Feinpartikel in der gleichen Kon-zentration wie die Ultrafeinpartikel vorhanden sind.Dadurch werden Ultrafeinpartikel in Gegenwart vonFeinpartikeln weggefangen (sog. scavenging effect). Da jedoch über die vergangenen Jahrzehn-te die Anzahl der großen Partikel in der Luft abge-nommen und die der kleinen zugenommen hat,werden die Ultrafeinpartikel weniger effektiv besei-tigt und erreichen eine hohe Halbwertszeit in der

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Tab. 4.2: Mittlere Lebensdauer von Aerosolen in Abhängigkeitvom Partikeldurchmesser (BLIEFERT, 2002; WICH-MANN et al., 2002)

Partikel-durchmesser

Hauptmechanismusder Ablagerung

Lebensdauer

dae ≤ 0,1 µm Koagulation bis zu Stunden

0,1 µm < dae ≤ 10 µm nasse Ausscheidung

Tage bis Wochen

dae > 10 µm Sedimentation 0,5 d

Bild 4.1: Größenordnungen typischer Partikel in der Umgebungsluft (MÖLLER, 2003)

Atmosphäre. Diese Entwicklung ist insbesondereauf die vollständigere Verbrennung in Motoren,Brennern in Kraftwerken und im Hausbrandzurückzuführen. So konnte selbst bei nicht gestie-gener Emission von Ultrafeinpartikeln deren Kon-zentration in der Umwelt in den letzten Jahren undJahrzehnten ansteigen (WICHMANN et al., 2002).Konsequenzen zeigen sich vor allem in Hinblick aufdie gesundheitliche Auswirkung der Partikel derunterschiedlichen Größenbereiche (siehe Tabelle4.1 und Kapitel 4.5).

4.5 Gesundheitliche Auswirkungen vonPartikeln

Luftverunreinigungen durch Partikel tragen zur Trü-bung der Atmosphäre und somit zur Sichtminde-rung bei. Dies wird insbesondere durch die Partikelmit einem Durchmesser von 0,1 bis 1 µm hervor-gerufen, da dieser sich in der Größenordnung derWellenlänge von sichtbarem Licht (0,4 bis 0,8 µm)bewegt. Durch die Staubbelastung kann die Son-neneinstrahlung in städtischen Gebieten bis zu 30 % gemindert werden und somit den Strah-lungshaushalt der Erde und damit auch das Klimanachhaltig beeinflussen (BLIEFERT, 2002).

Aber Aerosole zeichnen sich nicht nur durch ihreWirkungen auf das Erdklima aus, sondern auchdurch ihr gesundheitliches Schadenspotenzial. Anden Partikeln können sich toxische und kanzeroge-ne Substanzen anlagern, wie z. B. polyzyklischearomatische Kohlenwasserstoffe oder N-Nitro-samine, und durch die Lungengängigkeit der Parti-kel in den Respirationstrakt gelangen (WICHMANNet al., 2002).

Dabei entscheiden Größe und Form der Partikel,ihre chemische Zusammensetzung sowie Atem-muster und Anatomie der Lunge über Depositionund Depositionsort im Atemtrakt (WICHMANN etal., 2002). Je größer die Teilchen, desto früher la-gern sie sich an kleinen Haaren und den Nasen-schleimhäuten ab und werden durch den Nasen-schleim oder Hustenreiz wieder ausgeschieden.

Kleinere Teilchen hingegen, an und in denenSchadstoffe gebunden sind und die unter Umstän-den bis in die Alveolen vordringen können, werdenvon der Lunge nur sehr langsam und unvollständigentfernt. So können Schwermetalle und anderemitgeführte toxische Stoffe (PAK) im Atemtrakt(siehe Bild 4.2) und durch Resorption auch im übri-gen Organismus einwirken (MÖLLER, 2003). Zur

Entfernung solcher Fremdkörper aus der Lungewerden sie im extrathorakalen Bereich der Atem-wege durch den Mucus (Bronchialschleim) gebun-den und nach Transport innerhalb von einigenTagen über den Kehlkopf verschluckt. In den tiefe-ren Bereichen der Lunge (alveolarer Bereich) kanndie Aufenthaltsdauer der Partikel bis zu einigenJahren andauern. Hier können Partikel von Alveo-larmakrophagen als Fremdkörper erkannt und pha-gozytiert werden. Diese Partikel wandern mit einemsolchen Alveolarmakrophagen durch den Muko-ziliartransport über den Kehlkopf in den Magen-Darm-Trakt und werden ausgeschieden. Jedochmuss davon ausgegangen werden, dass die Ultra-feinpartikel nur in geringer Zahl auf diesem Wegeeliminiert werden. Ein erheblicher Teil wird vonEpithelzellen aufgenommen und verbleibt dort oderwird weiter ins Bindegewebe transportiert (WICH-MANN et al., 2002).

Ein Unterschied besteht bei diesen Mechanismenzwischen Mund- und Nasenatmung. Wird durchdie Nase geatmet, werden hauptsächlich Partikelgrößer 2,5 µm und ein Teil der Partikel mit einemDurchmesser zwischen 1 und 2,5 µm ausgefiltert,bevor sie in die Lungenperipherie gelangen kön-nen. Bei Mundatmung hingegen werden die meis-ten Partikel größer 5 µm in Mund-Rachenraum undden großen Bronchien abgelagert. Die Partikel klei-ner 5 µm können so ungehindert in die Bronchiolenund Alveolen vordringen (WICHMANN et al., 2002).

Auch über die Ablagerung auf den Blättern vonNutzpflanzen und die folgende Inkorporation durchpflanzliche Nahrung können Partikel aufgenommenwerden (ALLOWAY und AYRES, 1996). Jedoch istdie chemische (toxikologische) und mechanischeWirkung von Aerosolpartikeln auf den menschli-

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Bild 4.2: Darstellung der menschlichen Atemwege zur Erläute-rung der Lungengängigkeit (siehe Tabelle 4.1) (BLIE-FERT, 2002)

chen Organismus sehr komplex und nicht vollstän-dig bekannt.

Eine neue Studie hat weiterhin einen Zusammen-hang zwischen Arteriosklerose und PM10-Belas-tung festgestellt. Es wird vermutet, dass durch dasEinatmen des Feinstaubs eine chronische Entzün-dung ausgelöst und somit die Ablagerung von oxi-dierten Fetten in der Arterienwand beschleunigtwerden kann (Umwelt, 2004). In Tierversuchen mitRatten hat sich außerdem gezeigt, dass ultrafeineStäube über den Riechnerv ins Gehirn gelangenund dort eventuell zu degenerativen Hirnkrankhei-ten wie Alzheimer und Parkinson führen können(NZZ, 2004).

5 Messergebnisse

5.1 Verkehrsmengen und Schwer-verkehrsanteile

In Bild 5.1 sind die Monatsmittelwerte des DTV derbeiden Messquerschnitte einander gegenüberge-stellt. Sie zeigen einen ähnlichen jahreszeitlichenVerlauf. Es werden hier und in Bild 5.2 die Datendes Zeitraums vom Beginn der PM10-Messwert-aufnahme an der A 4 im April 2001 bis Juni 2004dargestellt, wobei die Daten für das Kalenderjahr

2004 nicht abschließend geprüft sind. In den Mo-naten Dezember und Januar liegen die Werte anbeiden Querschnitten jahreszeiten- und weih-nachtsferienbedingt um etwa 25 % niedriger als inden Monaten Juli bis September.

Des Weiteren ist ein deutlicher Unterschied zwi-schen A 4 und A 61 im Ferienmonat August zu be-obachten. An der A 4 entsteht ein Rückgang derGesamtverkehrsmenge und an der A 61 im selbenMonat ein Maximum. Dieses Phänomen lässt sichdadurch begründen, dass die A 61 eine bevorzug-te Verbindung für den Ferienreiseverkehr ist, wo-hingegen die A 4 hauptsächlich vom Berufspend-lerverkehr frequentiert wird.

Bild 5.2 zeigt die Schwerverkehrsbelastung in ab-soluten Zahlen für beide Messquerschnitte. Auchhier ist der jahreszeitliche Rhythmus zu beobach-ten mit den jeweils deutlichen Ausschlägen der De-zemberwerte nach unten. Diese entstehen durchdie hohe Anzahl Feiertage und die Betriebsferienvieler Unternehmen zwischen Weihnachten undSilvester.

Anhand der wochentagabhängigen Tagesganglini-en des Gesamtverkehrs, die in den Bildern 5.3 und5.4 beispielhaft für das Jahr 2003 dargestellt wur-den, ist zu sehen, dass der Verkehr an der A 4 an

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Bild 5.1: Monatsmittelwerte des DTV an beiden Messquerschnitten für den Zeitraum April 2001 bis Juni 2004 (Daten für 2004 nichtabschließend geprüft)

den Wochentagen Montag bis Donnerstag undFreitag sehr viel stärker ist als an den beiden TagenSamstag und Sonntag und einen durch den Be-rufspendlerverkehr bedingten typischen Verlaufaufweist. Im Gegensatz dazu verhält sich der Ver-

kehr an der A 61 von Montag bis Donnerstag ähn-lich wie an der A 4, allerdings nimmt er an den Wo-chentagen Freitag, Samstag und Sonntag an der A 61 stärker zu als an der A 4. Dies weist wiederumdarauf hin, dass die A 4 vor allem von Berufspend-

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Bild 5.2: Schwerverkehr-Belastung an beiden Messquerschnitten für den Zeitraum April 2001 bis Juni 2004; für die A 4 standenDaten nicht für den gesamten Zeitraum zur Verfügung (Daten für 2004 nicht abschließend geprüft)

Bild 5.3: Wochentagabhängige Tagesganglinien des Gesamtverkehrs am Messquerschnitt an der A 4 für das Jahr 2003

lerverkehr frequentiert wird und auf der A 61 sehrviel mehr Fernverkehr in Nord-Süd-Richtung statt-findet und die erhöhte Belastung insbesondere vonUrlaubern und Wochenendausflüglern sowie durchden nach dem Wochenendfahrverbot wieder star-tenden Schwerverkehr hervorgerufen wird.

Die großen Unterschiede beider Messquerschnitteim Schwerverkehr können exemplarisch für dasKalenderjahr 2003 aus den Bildern 5.5 und 5.6 ent-nommen werden, in denen die wochentagabhängi-gen Tagesganglinien der Schwerverkehrsmengengezeigt werden. Zunächst tritt der höhere SV-Anteilam Gesamtverkehr an der A 61 deutlich in den sehr viel höheren Werten der Verkehrsmengen zutage.

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Bild 5.4: Wochentagabhängige Tagesganglinien des Gesamtverkehrs am Messquerschnitt an der A 61 für das Jahr 2003

Bild 5.5: Wochentagabhängige Tagesganglinien des Schwerverkehrs am Messquerschnitt an der A 4 für das Jahr 2003

Aber insbesondere der starke Peak in den Nacht-stunden des Sonntags an der A 61 lässt auf dennach dem Wochenendfahrverbot wieder einsetzen-den Schwerverkehr schließen. Dieser kann zwarauch an der A 4 nachgewiesen werden, aber längstnicht in dem Maße, wie dies an der A 61 der Fall ist.

5.2 Meteorologie

An den beiden Messquerschnitten werden seit un-terschiedlich langen Zeiträumen meteorologischeParameter aufgenommen. Die Meteorologiemess-stelle auf dem Gebäude der BASt, die Windpara-meter, Feuchte, Temperatur und Strahlung auf-nimmt, wird schon seit Installation des Messquer-schnitts an der A 4 betrieben. Für sie werden dieDaten der Jahre 2001 bis 2004 dargestellt, indenen an dem Messquerschnitt an der A 4 diePM10-Konzentration aufgenommen wurde.

Die meteorologischen Werte, die seit Mitte 2002 andem Messquerschnitt an der A 61 aufgenommenwerden, werden in diesem Bericht nur für das Ka-lenderjahr 2004 aufgeführt, da die Messungen derPM10-Komponente an diesem Autobahnquer-schnitt erst seit Dezember 2003 erfolgen.

Bei den Tagesganglinien der Windrichtungen an derA 4 ist deutlich zu sehen, dass tendenziell in derMittagszeit bis in den späten Nachmittag hineineine Windrichtung um 200° vorherrscht, wohinge-

gen sich diese in den restlichen Tagesstunden zwi-schen 150° und 170° bewegt (siehe Bild 5.7). Die-ses Verhalten deutet auf ein tagesperiodisches lo-kales Windsystem hin, da die Windrichtung eine derwenigen meteorologischen Größen ist, die im Allge-meinen keinem Tagesgang unterliegen, wie dies ander A 61 zu beobachten ist (siehe Bild 5.8). Diesesentsteht möglicherweise durch unterschiedlicheVerdunstungsvorgänge zwischen dem WaldgebietKönigsforst und dem angrenzenden Wohngebietsowie der Autobahn; hierbei speichert der WaldFeuchtigkeit sehr gut, demgegenüber sich der As-phalt schnell aufheizt, jedoch auch schnell wiederabkühlt. Auf diese Weise entstehen insbesonderebei starker Sonneneinstrahlung über Fahrbahn undWohngebiet tagsüber lokal aufsteigende Luftmas-sen, während sich die Luft über dem Wald abkühltund wieder absinkt, sodass kleinräumig Luftmas-sen vom Wald in Richtung Autobahn und Wohnge-biet wehen. In den Nachtstunden, wenn der Asphaltschneller abkühlt als die Luft über dem Waldgebiet,kehrt sich dieses System um. An dem Standort ander A 4 macht sich dieses Verhalten in der oben be-schriebenen deutlichen Schwankung der Windrich-tungen zwischen 150° und 200° bemerkbar.

Bei den Windgeschwindigkeiten beider Messquer-schnitte (siehe Bilder 5.9 und 5.10) treten ähnlicheVerläufe im Tagesrhythmus auf. An der A 4 liegendie Tagesgänge der Jahre 2001 bis 2003 sehr nahbeieinander und weisen zwischen 8:00 Uhr mor-

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Bild 5.6: Wochentagabhängige Tagesganglinien des Schwerverkehrs am Messquerschnitt an der A 61 für das Jahr 2003

gens und 20:00 Uhr abends eine Zu- und Wieder-

abnahme zwischen etwa 2 m/sec und 2,8 bis

3 m/sec auf. An der A 61 variieren die Werte der

Windgeschwindigkeiten ebenfalls mit deutlich hö-

heren Geschwindigkeiten in den Mittagsstundenzwischen 2,5 und 3,5 m/sec.

Die typischen Tagesverläufe der Windgeschwindig-keit haben ihre Ursache in den Tagesgängen der

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Bild 5.7: Tagesganglinien der Windrichtung an der meteorologischen Messstelle des Messquerschnitts an der A 4 für die Kalen-derjahre 2001 bis 2004

Bild 5.8: Tagesganglinien der Windrichtung an der meteorologischen Messstelle des Messquerschnitts an der A 61 für das Kalen-derjahr 2004

Luftaustauschprozesse zwischen erdoberflächen-nahen und höher gelegenen Troposphärenschich-ten. Mit zunehmenden Temperaturen am Vormittagentsteht eine Konvektion in den Luftmassen. Wär-mere Luftpakete steigen auf, kühlere sinken ab.Dies führt zu einem erhöhten vertikalen Durchmi-schen zwischen bodennahen und höheren Luft-

schichten. Dadurch wird ein erhöhtes Bewegungs-moment der Luft aus höheren Schichten zur Erd-oberfläche übertragen und die Strömungsge-schwindigkeit in den bodennahen Schichten ver-größert. Mit der Abnahme des vertikalen Mischensin den kühleren Nachtstunden verringert sich eben-falls die bodennahe Windgeschwindigkeit.

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Bild 5.10: Tagesganglinien der Windgeschwindigkeit an der A 61 für das Kalenderjahr 2004

Bild 5.9: Tagesganglinien der Windgeschwindigkeit an der meteorologischen Messstelle der A 4 für die Jahre 2001 bis 2004

Die Strahlungsflussdichte und die relative Luft-feuchte, die nur am A-4-Messquerschnitt aufge-nommen werden, zeigen in der Darstellung ihresTagesgangs typische Verläufe (siehe Bilder 5.11und 5.12). Die einzige Auffälligkeit sind die hohenStrahlungswerte und niedrigen Luftfeuchtewerte im

Jahr 2003. Dies hängt mit dem ausgeprägten Som-mer in diesem Jahr zusammen. Dessen Einzigartig-keit und insbesondere die damit einhergegangenenOzonepisoden wurden auch an anderen Messstel-len registriert (UBA, 2003).

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Bild 5.11: Tagesganglinien der Strahlungsflussdichte an der A 4 für die Jahre 2001 bis 2004

Bild 5.12: Tagesganglinien der relativen Luftfeuchte an der A 4 für die Jahre 2001 bis 2004

5.3 Partikel PMx

Am Messquerschnitt an der A 4 wird seit April 2001die PM10-Schadstoffbelastung in einer Entfernungvon 13 m zum Fahrbahnrand (siehe Bild 2.2) aufge-nommen. Im Dezember 2003 wurde ein zweites, typgleiches Messgerät am Messquerschnitt an der A 61 installiert, das seit dieser Zeit Vergleichswerteüber die PM10-Belastung an einem Standort liefert,an dem der Schwerverkehrsanteil am Gesamtver-kehr 2,35-mal so hoch ist wie der an der A 4 (sieheTabelle 1.1).

5.3.1 Anforderungen der 22. BImSchV

In Kapitel 1.3 wurden die sich aus der 22. BImSchVergebenden rechtlichen Anforderungen in Bezugauf Feinstaubbelastungen dargestellt. Seit dem 1. Januar 2005 betragen der Jahresmittelgrenzwert40 µg/m3 und der Tagesmittelgrenzwert 50 µg/m3,

wobei Letzterer lediglich an 35 Tagen pro Kalen-derjahr überschritten werden darf.

Für die beiden Messquerschnitte ergaben sich diein Tabelle 5.1 dargestellten PM10-Jahresmittelwer-te und Überschreitungen des Tagesmittelgrenzwer-tes.

Die Jahresmittelgrenzwerte wurden an beidenMessquerschnitten in den Kalenderjahren der

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Tab. 5.2: Datum und Höhe der Überschreitungen des PM10-Tagesmittelgrenzwertes für den Messquerschnitt an der A 4 für die Ka-lenderjahre 2002-2004Fettschrift: Daten aus den Jahren 2002 und 2003, die mit bundesweiten PM10-Epsioden korrelieren; Kursivschrift: Daten, an denen auch an dem Messquerschnitt an der A 61 Überschreitungen auftraten

A 4

2004 2003 2002

DatumPM10-Konz.

[µg/m3]Datum

PM10-Konz.[µg/m3]

DatumPM10-Konz.

[µg/m3]

Januar - - - - - -

Februar 13.02. 15.02. 17.02. 29.02.

70,24 51,93 67,29 57,57

- - - -

März 03.03. 68,74 20.03. 25.03. 30.03.

73,02 53,44 50,10

- -

April 11.04. 30.04.

59,38 53,47

23.04. 52,39 09.04. 10.04. 11.04. 12.04. 13.04. 23.04. 25.04.

58,9159,74 50,89 54,76 62,94 72,14 71,07

Mai 11.05. 12.05.

56,61 50,31

- - - -

Juni 09.06. 52,36 - - - -

Juli - - - - - -

August - - 09.08. 10.08. 11.08. 12.08. 13.08.

57,28 50,60 53,92 52,91 55,43

27.08. 28.08. 29.08. 30.08.

57,14 72,02 55,76 54,09

September 07.09. 53,27 - - - -

Oktober - - - - - -

November - - 25.11. 28.11.

54,45 53,66

- -

Dezember 11.12. 13.12.

66,50 50,34

- - 17.12. 57,55

Tab. 5.1: PM10-Jahresmittelwerte und Anzahl der Überschrei-tungen des Tagesmittelgrenzwertes gemäß 22.BImSchV (BGBl, 2002)

Kalenderjahr Jahresmittelwert [µg/m3]Anzahl Überschreitungendes Tagesmittelgrenzwer-

tes von 50 µg/m3

A 4 A 61 A 4 A 61

2002 23,5 - 12 -

2003 25,5 - 11 -

2004 24,1 25,4 13 18

Messwertaufzeichnung eingehalten. Die aufge-nommenen Daten lagen sogar weit unter demGrenzwert der 22. BImSchV. Auch die Anzahl derÜberschreitungen des Tagesmittelgrenzwertes von50 µg/m3 lag deutlich unter der einzuhaltendenHöchstmenge von 35. Der höchste Tagesmittelwertbetrug 77 µg/m3 und überstieg den Grenzwertsomit um mehr als 50 %.

In den Tabellen 5.2 und 5.3 sind die Daten derTage, an denen Überschreitungen des Tagesmittel-grenzwertes stattgefunden haben, an beiden Messquerschnitten aufgeführt. In den Kalenderjah-ren 2002 und 2003 konnten Übereinstimmungenmit so genannten PM10-Episoden, welche vomUmweltbundesamt aufgezeichnet wurden, festge-stellt werden.

Für diese PM10-Episoden gelten folgende Kriterien(Umweltbundesamt, 2004):

· Mindestens 10 % aller Stationen in Deutschland(für das betreffende Jahr) zeigen PM10-Tages-mittelwerte über 50 µg/m3,

· wenigstens zwei aufeinander folgende Tage er-füllen vorgenanntes Kriterium,

· ist ein Tag, an dem weniger als 10 % der Sta-tionen Werte > 50 µg/m3 aufweisen, in einer Ab-folge mehrerer Tage eingeschlossen, die dieseserste Kriterium erfüllen, so wird diese Abfolgevon Tagen trotzdem als eine Episode betrach-tet.

Diese Episoden entstehen bei windschwachenHochdruckwetterlagen insbesondere im Winter, diemeistens mit einer Temperaturinversion einherge-hen. Dabei ist die Luft in höheren Schichten derTroposphäre wärmer als in niedrigeren entgegender normalen Schichtung und da die Kaltluftschwerer als die Warmluft ist, wird der Austauschzwischen diesen Luftschichten eingeschränkt. EineTemperaturinversion wirkt also als Sperrschicht,die den vertikalen Luftmassenaustausch verhin-dert. Dadurch sammeln sich unterhalb der Grenz-schicht durch Ferntransporte herangeführteSchadstoffe an. Während solcher Episoden tretensomit oft hohe Tagesmittelwerte auf, die stark vonden meteorologischen Bedingungen abhängen.Hinzu kommen in den Wintermonaten ein verstärk-ter Energie- und Heizaufwand und damit zusam-menhängend vermehrte Emissionen von Fein-staubpartikeln. Auch während sommerlicher Hoch-

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Tab. 5.3: Datum und Höhe der Überschreitungen des PM10-Tagesmittelgrenzwertes für den Messquerschnitt an der A 61 für dasKalenderjahr 2004. In den Jahren 2002 und 2003 wurden an diesem Messquerschnitt keine PM10-Daten aufgenommenKursivschrift: Daten, an denen auch an dem Messquerschnitt an der A 4 Überschreitungen auftraten

A 61

2004 2003 2002

DatumPM10-Konz.

[µg/m3]Datum

PM10-Konz.[µg/m3]

DatumPM10-Konz.

[µg/m3]

Januar 01.01. 56,70 - - - -

Februar 13.02. 17.02. 22.02.

51,83 77,17 56,41

- - - -

März 03.03. 18.03.

50,20 55,75

- - - -

April 11.04. 57,53 - - - -

Mai 11.05. 50,38 - - - -

Juni 03.06. 29.06.

52,44 54,08

- - - -

Juli 13.07. 14.07. 31.07.

58,60 53,21 51,12

- - - -

August 06.08. 07.08.

55,63 56,92

- - - -

September 04.09. 51,04 - - - -

Oktober - - - - - -

November - - - - - -

Dezember 11.1212.12

54,7451,53

- - - -

drucklagen kann der Luftaustausch zwischen derunteren und den darüber liegenden Atmosphären-schichten reduziert sein und somit ideale Bedin-gungen für eine Anreicherung der PM10 herrschen.Jedoch fallen diese Episoden weniger stark aus alsim Winter.

Bei diesen bundesweiten episodenhaften Über-schreitungen des Tagesmittelgrenzwertes treten re-gionale Unterschiede insbesondere in Bezug aufdie Dauer der Episoden auf. Wichtige Einflussfakto-ren hierbei sind die unterschiedlichen meteorologi-schen Bedingungen. Die Länge von PM10-Episo-den scheint z. B. stark mit der Temperatur zusam-menzuhängen. Je kälter es ist und je länger eineKälteperiode anhält, desto länger halten die erhöh-ten PM10-Belastungen an. Des Weiteren haben dieunterschiedliche Dauer des Herantransportes unddie unterschiedliche Verweildauer von Luftmassenmit gleichen thermischen Eigenschaften einen Ein-fluss auf die Schadstoffbelastung (Umweltbundes-amt, 2004).

An den beiden Messquerschnitten an der A 4 undder A 61 treten Überschreitungen des PM10-Tages-mittelgrenzwertes über das ganze Jahr verteilt aufund beschränken sich nicht auf die winterlicheHeiz- oder die hochsommerlichen Wetterperioden.Dies kann daran liegen, dass es sich jeweils umMessstellen an hochfrequentierten Autobahnenhandelt, an denen der Verkehr den größten Beitragzu den Feinstaubimmissionen leistet. Dadurch wer-den Änderungen in der Hintergrundbelastung zu-mindest teilweise überdeckt.

Die Zeiträume, in denen Korrelationen zwischenden erhöhten Schadstoffbelastungen an den bei-den Messquerschnitten der BASt und denen vomUmweltbundesamt ausgewerteten PM10-Episodenvorliegen, sind in Tabelle 5.2 fett hervorgehoben.Es konnten bis auf zwei Tage alle registriertenÜberschreitungen mit PM10-Episoden in Verbin-dung gebracht werden.

Für das Kalenderjahr 2004 lagen noch keine bun-desweiten Auswertungen von episodenhaften

26

Tab. 5.4: Anzahl der jeweiligen Wochentage, an denen der PM10-Tagesmittelgrenzwert an beiden Messquerschnitten überschrittenwurde (A 4: 2002–2004; A 61: 2004). Feiertage und Tage vor langem Wochenende mit Brückentag wurden als Sonntaggewertet (in Klammern ist die Anzahl ohne diese Einteilung aufgeführt)

Wochentag Mo Di Mi Do Fr Sa So

Anzahl Tage mit Überschreitungen 2 14 8 (9) 6 (7) 7 7 10 (8)

Bild 5.13: Wochentagabhängige Überschreitungshäufigkeiten des PM10-Tagesmittelgrenzwertes an den beiden Messquerschnittenan der A 4 und der A 61

PM10-Belastungen vor. Es ist aber im Vergleich derbeiden Messquerschnitte an der A 4 und der A 61zu sehen, dass auch hier mehrere Überschreitun-gen des PM10-Tagesmittelgrenzwertes an beidenStandorten gemessen wurden (in den Tabellen 5.2und 5.3 kursiv dargestellt). Es ist deshalb zu ver-muten, dass auch für diese Zeitabschnitte von an-deren Messstationen PM10-Episoden gemeldetwerden.

Betrachtet man die Wochentage, an denen eineÜberschreitung des PM10-Tagesmittelgrenzwertesverzeichnet wurde (siehe Tabelle 5.4), so fällt auf,dass diese im Vergleich zu den anderen Tagen ver-mehrt an einem Dienstag oder einem Sonntag auf-traten. Deutlich wird dies insbesondere in Bild 5.13,in dem die beschriebenen Zusammenhänge gra-fisch dargestellt wurden. Inwieweit auf dieses Ver-halten die Nutzung der Autobahnen durch unter-schiedlich zusammengesetzten Verkehr (Ausflugs-verkehr am Wochenende, SV-Fahrverbot am Wo-chenende) einen Einfluss nimmt, ist nicht geklärt,zumal die im bisherigen Zeitraum der Messdaten-aufnahme registrierten Überschreitungshäufigkei-ten keine statistisch fundierte Aussage zulassen.Hierzu müssen weitere Beobachtungen des wo-chentagabhängigen Verhaltens der Überschrei-tungshäufigkeiten der PM10-Tagesmittelgrenzwerteerfolgen.

5.3.2 Einfluss Meteorologie

Für eine Untersuchung des Einflusses von me-teorologischen Parametern auf die Feinstaubkon-zentrationen wurden die Monatsmittelwerte derPM10-Immissionskonzentrationen und der me-teorologischen Parameter Feuchte und Temperaturdargestellt für die Jahre 2001 bis 2004, in der dieMesswertaufnahme am Messquerschnitt an der A 4 durchgeführt wurde (siehe Bilder 5.15, 5.17,5.19 und 5.21). Im Jahr 2001 begann die Mess-wertaufnahme erst im Mai, daher sind hier dieDaten für die PM10-Konzentrationen erst ab die-sem Zeitpunkt aufgeführt.

Die Korrelation zwischen Feinstaubbelastung undFeuchte tritt in fast allen Jahren deutlich hervor.Insbesondere im Kalenderjahr 2003 kann bei bei-den Parametern ein gegenläufiges Verhalten beobachtet werden: je höher die Feuchte, destoniedriger die PM10-Belastung. Inwieweit ein Ein-fluss der relativen Feuchte auch auf einen denSchadstoff erniedrigenden Einfluss durch Nieder-schlag hinweist, kann nur geklärt werden, wenndieser Parameter ebenfalls kontinuierlich aufge-nommen wird.

Allgemein findet ein Substanzaustrag aus der At-mosphäre durch so genannte nasse Depositionstatt. Hierbei lagern sich gasförmige Spurenstoffe

27

Bild 5.14: Zusammenhang zwischen Temperatur und relativer Feuchte für den Messquerschnitt an der A 4 für die Tagesmittelwer-te des Jahres 2003

und Partikel an Hydrometeoren (Niederschlag, wiez. B. Regen oder Schnee) an, fallen mit ihnen infol-ge der Gravitation zur Erdoberfläche und werdendort abgelagert. Dieser Prozess wird sub-cloudscavenging genannt (MÖLLER, 2003).

Literaturauswertungen von früheren Untersuchun-gen (z. B. Lufthygieneamt beider Basel, 1999) inBezug auf die Einwirkung von Niederschlag aufFeinstaubbelastung zeigte, dass PM10-Konzentra-tionen sehr viel stärker von Transport und Mi-

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Bild 5.16: Zusammenhang PM10-Konzentration und relative Feuchte sowie Temperatur mit Trendlinien für den Messquerschnitt ander A 4 für die Monatsmittelwerte des Jahres 2004

Bild 5.15: Monatsmittelwerte der PM10-Konzentration und meteorologischen Parameter am Messquerschnitt an der A 4 für dasJahr 2004

schungsvorgängen beeinflusst werden als durchmeteorologische Phänomene wie Niederschlagund relative Feuchte. Dadurch können bei Nieder-schlag die Feinstaubbelastungen an Straßen auchansteigen, obwohl ein Absinken der Immissions-

konzentration durch nasse Ausscheidung erwartetwerden würde. Studien, in denen verstärkte Stra-ßenreinigung durch das Bewässern der Straße er-gänzt wurde, zeigten kein oder nur ein geringesMinderungspotenzial in Bezug auf die PM10-Belas-

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tungen (LUTZ, 2004). Dem gegenüber stehen For-schungsberichte, in denen ein starker Zusammen-hang zwischen Niederschlag und PM10-Konzentra-tion aufgezeigt werden konnte (z. B. Fraunhofer Institut, 2004).

Auch die Temperatur nimmt an den betrachtetenMessquerschnitten teilweise einen Einfluss auf dieSchadstoffbelastung; dies tritt vor allem in denJahren 2003 und 2001 jeweils in den Monaten Au-gust bis Dezember hervor. Dieser Zusammenhang

30



ist in der Korrelation von Temperatur und Feuchtebegründet, wie sie beispielhaft in Bild 5.14 für dasKalenderjahr 2003 für den Messquerschnitt an derBAB A 4 dargestellt ist. Es tritt ein deutlicher Trend

geringerer Feuchtewerte bei höheren Temperaturenhervor.

In den Bildern 5.16, 5.18, 5.20 und 5.22 ist fürjedes der betrachteten Kalenderjahre der Zusam-

31



menhang zwischen der PM10-Belastung und denjeweiligen Feuchte- und Temperaturwerten darge-stellt. In allen vier Jahren kann beobachtet werden,dass die Feinstaubimmissionen mit sinkenderFeuchte und steigender Temperatur zunimmt. Jenach Jahr trat dieser Zusammenhang mehr oderweniger deutlich hervor. Insbesondere im Jahr2003, in dem die meteorologischen Verhältnissedurch sehr hohe Temperaturen und niedrigeFeuchte geprägt waren, zeigen die Trendlinien star-ke Steigungen (siehe Bild 5.18).

Wie stark sich ein Auswaschungseffekt des Fein-staubes aus der Luft darstellen kann, zeigt sich al-lerdings nur, wenn man auch die Niederschlags-menge in einer auswertenden Betrachtung desVerhaltens der Partikel kleiner 10 µm betrachtet. Dabisher an beiden Messquerschnitten keine Nieder-schlagsdaten aufgenommen werden, konnten sol-che Auswertungen nicht durchgeführt werden. EinNiederschlagsmessgerät für den Messquerschnittan der A 4 wird momentan in die Datenerfassungeingebunden und soll für später folgende Projektedie hierfür notwendigen Daten liefern.

5.3.3 Einfluss Schulferien

Bei den PM10-Monatsmittelwerten der Messstellean der A 4 in Bild 5.23 fiel in den Jahren 2002 und2003 auf, dass in den Ferienmonaten April und Au-gust höhere PM10-Konzentrationen auftraten als inden jeweils verbleibenden Kalendermonaten. Diesdeutete darauf hin, dass durch Veränderungen ver-kehrlicher Parameter in den Wochen der SchulferienAuswirkungen in den Feinstaubimmissionen zu ver-zeichnen waren. Als Einflussfaktoren kommen hier-bei insbesondere die Verkehrsmengen und diedurchschnittlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten inFrage.

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Bild 5.23: Monatsmittelwerte der PM10-Konzentrationen am Messquerschnitt an der A 4 in den Jahren 2001 bis 2004

Tab. 5.5: Mittlere Verkehrsstärken am Messquerschnitt an derA 4 während der Osterferien und außerhalb der Feri-enzeit jeweils im April 2003 und 2004

Zeitraummittlere Verkehrsstärken

Gesamtverkehr Schwerverkehr

13. – 27.04.2003 (innerhalb der Ferien)

2.946 263

01. – 12.04.2003 (außerhalb der Ferien)

3.166 321


2.906 251


3.312 347

In den Bildern 5.25 und 5.26 werden diesbezüglichdie täglichen Gesamtverkehrsstärken und die zu-gehörigen PM10-Immissionskonzentrationen amMessquerschnitt an der A 4 für den gesamten April2003 dargestellt. In den Bildern 5.27 bis 5.29 wer-den für den Monat April des Jahres 2004 die tägli-chen Gesamtverkehrsmengen und die mittlerenFahrzeuggeschwindigkeiten den PM10-Konzentra-tionen gegenübergestellt. Für das Jahr 2003 lagenkeine Geschwindigkeitsdaten vor, sodass diese le-diglich für 2004 in die Untersuchungen mit einbe-zogen werden konnten.

In den Bildern 5.25 und 5.27 ist zu sehen, dass dietäglichen Verkehrsstärken in den jeweiligen zweiWochen der Osterferien im Vergleich zur Verkehrs-belastung vor und nach der Ferienzeit zurückge-

hen. Insgesamt liegt im Jahr 2003 ein Rückgangvon 7,4 % und im Jahr 2004 von 14 % vor (siehe Tabelle 5.5). Dieser zeigt sich sowohl am Wochen-ende als auch in der Woche. Ein solcher Rückgangdes täglichen Verkehrs kann eine Verbesserungdes Verkehrsflusses mit höheren Durchschnittsge-schwindigkeiten der Verkehrsteilnehmer bewirken.Dies hat wiederum höhere Schadstoffemissionenzur Folge.

In Bild 5.28 sind die mittleren Fahrzeuggeschwin-digkeiten für den Monat April 2004 dargestellt. Mansieht hier deutlich, dass das sich sonst sehr gleich-mäßig wiederholende Geschwindigkeitsmuster inden Ferienwochen einen leicht anderen Verlauf aufweist mit höheren Durchschnittsgeschwindig-keiten als außerhalb der Ferien. Es konnte eine Erhöhung von 4,9 % (rechter Fahrstreifen) bzw. 5,6 % (linker Fahrstreifen) festgestellt werden(siehe Tabelle 5.6). Die mittleren Geschwindigkei-ten wurden aus den über 24 Stunden aufgenom-menen Geschwindigkeiten der Einzelfahrzeuge er-rechnet.

Mit zunehmender Geschwindigkeit wächst derLuftwiderstand (beispielhaft für ein Fahrzeug mit cw = 0,35 und A = 1,85 m2 in Bild 5.24 dargestellt)gemäß

F = 1 cw A ρ ν2

2

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Bild 5.24: Luftwiderstandskraft mit zunehmender Geschwindigkeit für ein Fahrzeug mit cw = 0,35 und A = 1,85 m2

Tab. 5.6: Mittlere Fahrzeuggeschwindigkeiten am Messquer-schnitt an der A 4 in Fahrtrichtung W während derOsterferien und außerhalb der Ferienzeit im April 2004(für das Jahr 2003 lagen keine Geschwindigkeitsda-ten vor)

Zeitraum

mittlere Fahrzeuggeschwindigkeiten

linker Fahrstreifen

rechter Fahrstreifen


130,1 km/h 109,1 km/h


123,2 km/h 104,0 km/h

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Bild 5.25: Gesamt- und Schwerverkehrsmengen am Messquerschnitt an der A 4 im April 2003. Die Dauer der Schulferien ist ein-gezeichnet (Sa., 12.04.2003 bis So., 27.04.2003)

Bild 5.26: PM10-Halbstundenmittelwerte am Messquerschnitt an der A 4 im April 2003. Die Dauer der Schulferien ist eingezeichnet(Sa., 12.04.2003 bis So., 27.04.2003)

F: Luftwiderstandkraft

cW: Luftwiderstandsbeiwert

A: Querschnittsfläche

ρ: Luftdichte

v: Geschwindigkeit

und der Motor braucht entsprechend mehr Kraft,um diesen Widerstand zu überwinden; so ver-brennt er mehr Treibstoff, wodurch höhere Emis-sionen entstehen.

In den Bildern 5.26 und 5.29 sind die PM10-Immis-sionskonzentrationen für die beiden betrachtetenZeiträume 2003 und 2004 dargestellt. In ihnen trittfür beide Jahre ein Schadstoffanstieg in der Zeitder Ferien deutlich hervor. Eine sehr starke Kor-relation zwischen Geschwindigkeitsanstieg und erhöhter PM10-Konzentration ist im Jahr 2004 an dem langen Osterwochenende zwischen dem 8. und dem 13. April zu beobachten, an dem für die Halbstundenmittelwerte Immissionsspitzenzwischen 50 und über 100 µg/m3 beobachtet wur-den.

Diese erhöhten PM10-Konzentrationen haben sichin den Jahren 2002 und 2003 auch in den Monats-mittelwerten bemerkbar gemacht (siehe Bild 5.23).

Im Jahr 2004 konnte beim Monatsmittelwert desMonats April im Vergleich zu den restlichen Mona-ten trotz einzelner Extremwerte keine Erhöhungfestgestellt werden, obwohl bei Betrachtung derHalbstundenmittelwerte eine deutliche Zunahmeder Schadstoffbelastung innerhalb der Ferienzeitzu Tage trat (siehe Bild 5.29). Da die PM10-Konzen-trationen im Monat April der Jahre 2002 und 2003auch im Vergleich zu den umliegenden Kalender-monaten höher lagen als im Jahr 2004, konnte inErsteren ein merklich höherer Monatsmittelwert imApril verzeichnet werden (siehe Bild 5.23).

Im April des Kalenderjahres 2003 trat in der Zeit derOsterferien vom 11. April bis zum 25. April 2003 zu-sätzlich eine so genannte PM10-Episode auf (sieheKapitel 5.3.1). Inwieweit sich welcher Einfluss stär-ker auf die PM10-Belastung ausgewirkt hat, kannnicht genau gesagt werden. Sie haben sich abersehr wahrscheinlich ergänzt.

Insgesamt wurden die in Tabelle 5.7 aufgeführtenPM10-Schadstoffbelastungen in den Osterferienund außerhalb der Ferien in den Monaten April2003 und April 2004 gemessen. Es wurdenwährend der Ferienzeiten Zunahmen der Fein-staubimmissionen von 22,4 % (2003) bzw. 21,4 %(2004) registriert.

35

Bild 5.27: Gesamtverkehrsmengen am Messquerschnitt an der A 4 im April 2004. Die Dauer der Schulferien ist eingezeichnet (Sa.,03.04.2004 bis So., 18.04.2004)

Die Überlegungen zum Einfluss von Verkehrsbe-lastungen, Fahrzeuggeschwindigkeiten (dieses Kapitel) sowie meteorologischen Parametern (Kapitel 5.3.2) auf die PM10-Konzentrationen zei-gen auf, dass viele Faktoren an dem Verhalten derLuftschadstoffe beteiligt sind. In den vorliegenden

36

Bild 5.28: Mittlere Fahrzeuggeschwindigkeiten aller Fahrzeuge einschließlich SV am Messquerschnitt an der A 4 im April 2004. DieDauer der Schulferien ist eingezeichnet (Sa., 03.04.2004 bis So., 18.04.2004)

Bild 5.29: PM10-Halbstundenmittelwerte am Messquerschnitt an der A 4 im April 2004. Die Dauer der Schulferien ist eingezeichnet(Sa., 03.04.2004 bis So., 18.04.2004)

Tab. 5.7: PM10-Belastungen am Messquerschnitt an der A 4während der Osterferien und außerhalb der Ferienzeitjeweils im April 2003 und 2004

Jahrmittlere PM10-Belastung

außerhalb der Ferienmittlere PM10-Belastung

innerhalb der Ferien

2003 27,2 µg/m3 33,3 µg/m3

2004 22,0 µg/m3 26,7 µg/m3

Betrachtungen wurden ausschließlich univariateAnalysen durchgeführt. Immissionen werden je-doch immer von mehreren unterschiedlichen Fak-toren gleichzeitig beeinflusst, wie z. B. meteoro-logische Phänomene, Parameter wie Verkehrs-mengen und Schwerverkehrsanteile aber auchmittlere Geschwindigkeiten der Fahrzeuge. Umdiese Zusammenhänge besser nachvollziehen zu können, muss eine multivariate Analyse durch-geführt werden, in die möglichst alle bekannten Parameter einfließen. Die Aufnahme und Verarbei-tung der Daten für eine solche statistische Analysewird momentan in einem neuen Projekt durchge-führt.

5.3.4 Einfluss Arbeitsstelle

An dem Messquerschnitt an der A 61 wurde wegender Durchführung von Erhaltungsmaßnahmen zwi-schen dem 25. Oktober 2004 und dem 26. Novem-ber 2004 eine Arbeitsstelle eingerichtet. Währenddieser Zeit galt eine Geschwindigkeitsbeschrän-kung von 80 km/h.

In den Daten des an diesem Querschnitt einge-setzten TEOM-Partikelmessgerätes sind mehrereZeitabschnitte erkennbar (siehe Bild 5.30): zu-nächst der Zeitraum zwischen den Sommer- undden Herbstferien in Rheinland-Pfalz vom 06.09. bis15.10., es folgen die Herbstferien vom 16.10. bis

31.10., die oben genannte Arbeitsstelle setzte zumEnde der Herbstferien ein und war in Betrieb vom25.10. bis 26.11.; es folgt wiederum eine Phasedes Normalbetriebs bis zu den einsetzenden Weih-nachtsferien in Rheinland-Pfalz.

Die Zeit des Arbeitsstellenbetriebes kann in zweiAbschnitte unterteilt werden, da die Fahrzeuge wiein Bild 5.31 dargestellt geführt wurden. Währendder gesamten Dauer der Baumaßnahmen verbliebder Verkehr in Richtung NW auf Standstreifen undäußerem Fahrstreifen. Der Verkehr in Richtung SOwurde zunächst in der Zeit vom 25.10. bis13.11.2004 über den Standstreifen und den inne-

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Bild 5.30: PM10-Halbstundenmittelwerte (TEOM-Gerät) am Messquerschnitt an der A 61 für den Zeitraum von September bis De-zember 2004

Bild 5.31: Linienführung des Verkehrs am Messquerschnitt ander A 61 während der Dauer der Baustelle vom25.10. bis 26.11.2004

ren Fahrstreifen der Gegenrichtung geführt undwährend der Zeit vom 14.11.2004 bis 26.11.2004über die beiden inneren Fahrstreifen beider Fahrt-richtungen.

So lief der Schwerverkehr während des ersten Zeit-abschnitts (Schwerverkehr insbesondere auf demStandstreifen in Richtung SO) näher am undwährend des zweiten Zeitabschnitts (Schwerver-kehr insbesondere auf dem inneren Fahrstreifen inRichtung SO) weiter entfernt vom PM10-Aufnahme-kopf als gewöhnlich über den Messquerschnitt.

Die Unterschiede in den PM10-Immissionen wäh-rend dieser Zeitabschnitte werden deutlich, wennman die Mittelwerte betrachtet (siehe Tabelle 5.8).Es ist zu erkennen, dass während der Herbstferiendie Partikelbelastung im Vergleich zum vorherge-henden Normalbetrieb abnimmt, während der Zeit

der Arbeitsstelle, zu der der Schwerverkehr überden Standstreifen geleitet wurde und somit näheran dem PM10-Aufnahmekopf vorbeigeführt wurde,zunächst ansteigt und ab der Zeit, in der derSchwerverkehr über den inneren Fahrstreifen gelei-tet wurde, wieder abfällt. Der folgende Normalbe-trieb dieses Autobahnquerschnittes führte wiederzu einer Erhöhung der Feinstaubimmissionen.

Einfluss auf die PM10-Immissionen hatte währendder Zeit der Arbeitsstelle sehr wahrscheinlich auchdie abgesenkte durchschnittliche Geschwindigkeit,dies konnte jedoch hier als Parameter wegen dies-bezüglich fehlender Daten nicht betrachtet werden.

5.3.5 Vergleichsmessungen an zwei Mess-querschnitten

An der A 61 wurde im Dezember 2003 eine weiterePM10-Messstelle eingerichtet, die seitdem in einerEntfernung von 16 m vom Fahrbahnrand (siehe Bild2.4) die Feinstaubkonzentration registriert.

In der Darstellung der Tagesmittelwerte der PM10-Konzentration an beiden Messquerschnitten (sieheBild 5.32; zur besseren Übersicht wurde hier nurder Zeitraum von Januar bis Mai 2004 dargestellt)zeigt sich eine enge Korrelation zwischen denSchadstoffbelastungen an den zwei Standorten.Dies kann wegen der großen Entfernung und der

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Bild 5.32: PM10-Tagesmittelwerte an den beiden Messquerschnitten an der A 4 und der A 61 für die Monate Januar bis Mai 2004

Tab. 5.8: Mittlere PM10-Halbstundenmittelwerte während ver-schiedener Zeitabschnitte am Messquerschnitt an derA 61 während der Monate September bis Dezember2004

Normal-betrieb

Herbstferien Arbeitsstelle Normal-betrieb

SV auf Standstreifen

SV auf innerem

Fahrstreifen

06.09.–15.10. 16.10.–31.10. 25.10.–13.11. 14.11.–26.11. 27.11.–20.12.

22,4 µg/m3 18,0 µg/m3 23,7 µg/m3 15,9 µg/m3 28,9 µg/m3

unterschiedlichen Gegebenheiten an beiden Mess-querschnitten nicht auf lokale Zusammenhängezurückgeführt werden und deutet somit auf einenstarken Einfluss durch meteorologische Phänome-ne hin, der auch in Kapitel 5.3.2 dargestellt wurde.Anhand der Tagesmittelwerte der Windgeschwin-digkeiten an beiden Messquerschnitten ist deutlichzu sehen, dass überregional betrachtet Ähnlichkei-ten des Windverhaltens an beiden Messorten auf-treten (siehe Bild 5.33). Dabei liegt die mittlereWindgeschwindigkeit an der A 61 bei etwa 3 m/secund an der A 4 bei 2,4 m/sec, also in vergleichba-ren Größenordnungen. Jedoch ist bei einem Ver-gleich mit Blick auf die unterschiedlich hohenSchwerverkehrsanteile an beiden Standorten zubeachten, dass durch die zur Hauptwindrichtungluvseitige Anordnung des PM10-Messgerätes ander A 61 die durch den höheren Schwerverkehrs-anteil eventuell stärker ausfallenden Schadstoffbe-lastungen vermindert werden können.

Die Darstellung der relativen Abweichung der ander A 61 aufgenommenen PM10-Konzentrationenvon den A-4-Messwerten (siehe Bild 5.34) zeigt,dass sich die Belastungen an den beiden Quer-schnitten kaum unterscheiden. Im Mittel liegen dieImmissionswerte an der A 61 nach Entfernungzweier Ausreißer um 0,4 % unter denen an der A 4.

Die wochentagabhängigen Tagesganglinien derPM10-Konzentration für das Kalenderjahr 2004 amMessquerschnitt an der A 4 (siehe Bild 5.35) zei-gen, dass die Verteilung der Schadstoffbelastungan den Tagen Montag bis Freitag an diesem Stand-ort zwei Maxima aufweist. Das erste liegt in denVormittagsstunden zwischen 10:00 Uhr und 13:00Uhr und das zweite in den Abendstunden um etwa20:00 Uhr. Auffällig ist hierbei die Zeitverzögerungder beiden Maxima der PM10-Belastung im Ver-gleich zu denen der Verkehrsmengen (siehe Bild5.3), die zwischen 6:00 Uhr und 9:00 Uhr und zwi-schen 15:00 Uhr und 18:00 Uhr liegen. Die durchden Verkehr hervorgerufenen Partikel scheinenalso für den Weg von ihrer Emissionsquelle bis zuden Geräten, an denen ihre Konzentration aufge-nommen wird (am Messquerschnitt an der A 4etwa zwischen 13 m und 35 m), bis zu mehrereStunden unterwegs zu sein. Dies bestätigt auch dieAussagen aus Kapitel 4.4 zur Lebensdauer derPartikel. Dort wurde ausgeführt, dass sich Partikelsogar bis zu Wochen luftgetragen halten können.

Des Weiteren sind die abendlichen Spitzenwerteder Tagesganglinien an der A 4 weniger ausgeprägtals die Vormittagswerte. Dies erklärt sich aus demTagesgang des Gesamtverkehrs, der vom Berufs-pendlerverkehr geprägt ist und abends durch die

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Bild 5.33: Tagesmittelwerte der Windgeschwindigkeiten an den beiden Messquerschnitten an der A 4 und der A 61 für die MonateJanuar bis Mai 2004

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Bild 5.34: Relative Abweichung zwischen den PM10-Konzentrationen der A 61 und der A 4 (zwei nicht erklärbare Ausreißer am13.03. und 14.03. wurden entfernt)

Bild 5.35: Wochentagabhängige Tagesganglinien der PM10-Konzentration am Messquerschnitt an der A 4 für das Kalenderjahr2004

größtenteils übliche Gleitzeit ein breiteres Maxi-mum in der Verkehrsstärke aufweist als morgens.Der Umstand, dass der Hauptstrom des Berufs-pendlerverkehrs abends näher an der PM10-Mess-stelle vorbeiführt, scheint sich nicht auf die Höheder Schadstoffmaxima auszuwirken. Auch dieLängsneigung der Fahrbahn am Messquerschnittan der A 4 von 2 % mit einem Anstieg in RichtungOlpe (die Spannbreite der Längsneigung liegt aufdiesem Streckenabschnitt zwischen 0,9 und 3,4 %), macht sich hier nicht bemerkbar. Da sichdie Partikel wie oben beschrieben über einen län-geren Zeitraum luftgetragen bewegen, können Ef-fekte, die durch eine größere Nähe der Fahrzeugezu den Aufnahmegeräten auftreten könnten, unbe-merkt bleiben.

Anhand der Tagesverläufe des Feinstaubs an derA 61 (siehe Bild 5.36) kann wiederum nachvollzo-gen werden, dass die PM10-Belastung an diesemStandort ein Verhalten aufweist, das zum größtenTeil durch den Nord/Süd-Fernverkehr geprägt ist,wie dies schon die Tagesganglinien der Verkehrs-mengen verdeutlichten (siehe Bild 5.4). Die beidenberufspendlerverkehrstypischen Maxima sind ander A 61 nicht deutlich zu erkennen, sondern eherniedrige Werte in den Nachtstunden und höhere

Werte, die sich relativ gleichmäßig über den Tagverteilen.

Diesem Effekt überlagert nehmen sehr wahrschein-lich auch meteorologische Parameter Einfluss aufdie Höhe der PM10-Immissionen, wie z. B. dieFeuchte, die im Allgemeinen zum Abend hin wiederzunimmt (siehe Bild 5.12) und somit mindernd aufdie Schadstoffbelastung einwirken kann.

Auch die vorstehend aufgeführten Untersuchungs-ergebnisse zeigen, dass bei einer so großen Anzahlvon Einflussgrößen eine multivariate Analyse not-wendig ist, um die Zusammenhänge zwischenSchadstoffbelastung, meteorologischen sowie ver-kehrlichen Parametern klarer darlegen zu können.

6 Zusammenfassung

Im Rahmen dieses Projektes wurde ein Überblicküber das Schadstoffverhalten von Partikeln an zweiAutobahnen mit unterschiedlich hohen Schwer-verkehrsanteilen gegeben. Dazu wurden Messun-gen an den beiden Autobahnmessquerschnittender BASt zur Aufnahme von Luftschadstoffen ander A 4 und der A 61 durchgeführt. Aufgenommenwurde an beiden Querschnitten die PM10-Immis-

41

Bild 5.36: Wochentagabhängige Tagesganglinien der PM10-Konzentration am Messquerschnitt an der A 61 für das Kalenderjahr2004

sionsbelastung mit jeweils einem TEOM-Gerät der Firma MLU und an der A 61 zusätzlich übereinen Zeitraum von drei Monaten die PMx-Belas-tung (PM10, PM2,5 und PM1) mit dem optischenGerät ENVIROcheck 107 der Firma Grimm (sieheKapitel 3).

Die Auswertung der registrierten Messwerte hataufgezeigt, dass die Höhe der Partikelbelastungenan hochfrequentierten Autobahnen durch unter-schiedliche Parameter beeinflusst wird. Zum einenwirken die Wetterverhältnisse auf die Immissions-belastung ein, zum anderen die verkehrsspezifi-schen Größen wie Verkehrsmengen und durch-schnittliche Fahrzeuggeschwindigkeiten.

Die Untersuchung der meteorologischen Parame-ter in Bezug auf die Höhe der PM10-Immissionenam Messquerschnitt an der A 4 hat ergeben, dassinsbesondere die relative Luftfeuchte mit der PM10-Belastung korreliert. Da die Lufttemperatur in engerWechselwirkung mit anderen klimatischen Größen,also auch der Feuchte, steht, weist auch sie einenVerlauf auf, der mit dem der Feinstaubbelastung inZusammenhang steht (siehe Kapitel 5.3.2).

Ein weiterer Einfluss auf die Höhe der PM10-Belas-tungen konnte teilweise während der Schulferienam Messquerschnitt an der A 4 beobachtet wer-den, während derer sehr wahrscheinlich durcheinen Rückgang der Verkehrsmengen und dadurchzunehmende Fahrzeuggeschwindigkeiten eine Er-höhung der Schadstoffbelastung hervorgerufenwurde (siehe Kapitel 5.3.3). An der A 61 hingegen,die in der Ferienzeit durch ein höheres Verkehrs-aufkommen durch Urlaubsverkehr geprägt ist,kann eine Abnahme der PM10-Belastungen in die-sem Zeitraum verzeichnet werden (Kapitel 5.3.4).

Ebenfalls eine Änderung der durchschnittlichenPM10-Belastung trat während der Zeit von Bau-maßnahmen innerhalb des Messquerschnitts ander A 61 auf, während der eine Geschwindigkeits-beschränkung auf 80 km/h galt und innerhalb dererder Schwerverkehr zunächst auf dem Standstreifen– und somit in einem geringeren Abstand als in derrestlichen Zeit der Messwertaufnahme – und her-nach auf dem inneren Fahrstreifen – und somit ineiner größeren Entfernung als in der restlichen Zeitder Messwertaufnahme – an dem Partikelmess-gerät vorbeigeführt wurde. In der Zeit, in welcherder Schwerverkehr über den Standstreifen geleitetwurde, stiegen die aufgenommenen Feinstaubim-missionen, um in der Zeit, in welcher der Schwer-verkehr in größerer Entfernung über den inneren

Fahrstreifen lief, wieder abzufallen (siehe Kapitel5.3.4).

Auch wurden die PM10-Daten der beiden Mess-querschnitte einander gegenübergestellt. DieWerte an der A 61 lagen durchschnittlich um 0,4 %unter denen, die an der A 4 registriert wurden. Diesweist nicht auf einen Einfluss auf die Feinstaubbe-lastung durch die unterschiedlichen Schwerver-kehrsanteile am Gesamtverkehr hin, was jedoch inder problematischen Vergleichbarkeit der beidenQuerschnitte begründet sein kann. An den beidenQuerschnitten treten Tagesgänge auf, die einen ty-pischen Verlauf mit Maxima durch Berufspendler-verkehr (A 4) aufweisen bzw. durch Fernverkehr ge-prägt sind (A 61).

Eine Vergleichsmessung der beiden an dem Mess-querschnitt an der A 61 parallel betriebenen Parti-kelmessgeräte zeigte, dass das ENVIROcheck 107in der PM10-Komponente etwas höhere Werte auf-nimmt als das TEOM-Gerät. Der Verlauf der aufge-zeichneten PM10-Daten beider Messgeräte ist ähn-lich, jedoch liegen die gemessenen Konzentratio-nen bei dem ENVIROcheck 107 um durchschnitt-lich 7% über denen des TEOM. Außerdem kannanhand der Daten aller drei PMx-KomponentenPM10, PM2,5 und PM1, die mit dem ENVIROcheck107 aufgenommen wurden, darauf geschlossenwerden, dass der Hauptanteil der PM10 in den klei-neren und zumeist motorbedingten PM2,5 und PM1liegt (siehe Kapitel 5.3.6).

Insgesamt zeigt sich deutlich, dass das Verhaltender Feinstaubpartikel sehr komplex und nochwenig verstanden ist. Es scheinen viele Kompo-nenten auf die Höhe der Feinstaubimmissioneneinzuwirken und daher die genaue Beurteilung undBeschreibung des PMx-Schadstoffverhaltensschwer zu sein.

7 Ausblick

Das Verhalten von Feinstaubpartikeln an Verkehrs-wegen bedarf weiterer Untersuchungen, die sichinsbesondere mit dem Zusammenhang zwischenPartikelbelastung und meteorologischen Größen,Verkehrsmengen, Fahrzeuggeschwindigkeiten so-wie Straßenzustand beschäftigen.

Dem Umstand, dass die bisher betriebenen Mess-querschnitte an der A 61 und der A 4 durch ihre un-terschiedlichen Gegebenheiten (siehe Kapitel 2)keine belastbaren Aussagen bei vergleichenden

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Analysen zulassen, wurde dadurch Rechnung ge-tragen, dass ein neuer Standort gesucht wurde,der in seinen Umgebungsbedingungen und derGesamtverkehrsmenge dem Querschnitt an der A 61 ähnelt, aber sich in seinem Schwerverkehrs-anteil stark von diesem unterscheidet. Diese Be-dingungen erfüllt ein Streckenabschnitt auf der A 555 südlich von Wesseling, der bei einem DTVvon 65.400 Kfz/d einen Schwerverkehrsanteil von6,6 % aufweist. An diesem Standort sollen nunneben anderen auch Feinstaubmessungen durch-geführt werden.

Um die Auswirkungen von Niederschlag auf diePM10-Immissionen an Autobahnen zu untersu-chen, wurde infolge dieses Projekts ein Gerät zurAufnahme des Niederschlags auf dem Gelände derBASt installiert. Im Zusammenhang mit dem Para-meter Niederschlag wurden in anderen Studienzum Teil sehr unterschiedliche Erfahrungen gesam-melt. Einige Untersuchungen weisen auf einengroßen Einfluss hin, andere wiederum zeigen nureine geringe bis keine Absenkung der Schadstoff-belastung durch Regen oder anderen Nieder-schlag.

Studien, die gezielt die Auswirkungen des Zustan-des der Straßenoberfläche auf die PMx-Immissio-nen untersuchen, wurden bisher nicht durchge-führt. Es gibt in verschiedenen Arbeiten jedochHinweise auf einen möglicherweise deutlichen Ein-fluss durch Risse und Löcher in der Fahrbahnober-fläche insbesondere in Verbindung mit unbefestig-ten und verschmutzten Nebenanlagen, wie z. B.Randstreifen, Banketten oder Wegen (DÜRING etal., 2004). Die Auswirkungen, die diese Einfluss–größe auf die Feinstaubbelastungen an Straßenhaben kann, sollten weiterverfolgt werden.

Neben der Fortsetzung der kontinuierlichen Mess-wertaufnahme der Partikelbelastung wird zurzeitein Projekt durchgeführt, das den Einfluss von ver-kehrlichen und meteorologischen Parametern aufdie PMx-Schadstoffbelastung an BAB statistischauswertet. Hierbei sollen die aufgenommenenSchadstoffwerte mit Verkehrsmengendaten, Fahr-zeuggeschwindigkeiten und meteorologischen Pa-rametern in Bezug gesetzt, statistisch analysiertund die Einflüsse von unterschiedlichen Gegeben-heiten auf die Partikelbelastungen an Autobahnenuntersucht werden (multivariate Analyse). Der Er-hebungszeitraum soll sich über ein vollständigesKalenderjahr erstrecken, um das gesamte Spek-trum der Jahreszeiten abzudecken.

Inwieweit sich der Abstand der Messstelle von derFahrbahn auf die Höhe der PM10-Immissionen aus-wirkt, konnte mit den bisher zur Verfügung stehen-den Messgeräten nicht erfasst werden, ist aber füreine umfassende Untersuchung des Verhaltens derPM10 erforderlich. Hierzu sollten Daten von mehre-ren (mindestens zwei) Geräten ausgewertet wer-den, die in unterschiedlichen Abständen zum Fahr-bahnrand über einen ausreichenden Zeitraum dieFeinstaubbelastung aufnehmen.

Ein wichtiger Schritt, um geeignete Einflussgrößenauf das Schadstoffverhalten von Partikeln unddamit Maßnahmen zur Minderung der PMx-Immis-sionen an Straßen zu finden, ist die Unterschei-dung der nicht-motorbedingten Partikel gegenüberden motorbedingten Partikeln, für die durch denPartikelfilter gute technische Lösungen vorhandensind. Für die nicht-motorbedingten Partikel jedochfehlen bisher eine sichere Qualifizierung und Quan-tifizierung, durch die auch auf Minderungsmaßnah-men für diese Komponente geschlossen werdenkann. Hierzu wurde ein Forschungsprojekt initiiert,dass die Ermittlung des Beitrages von Reifen-,Kupplungs-, Brems- und Fahrbahnabrieb an denPM10-Emissionen von Straßen zum Thema hat.

Literatur

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DÜRING, I., BÖSINGER, R., LOHMEYER, A.:PM10-Emissionen an Außerortsstraßen, Ab-schlussbericht zu dem Forschungsprojekt FE02.222/2002/ LRB, 2004

EC Working Group on Particulate Matter: A Reporton Guidance to Member States on PM10Monitoring and Intercomparisons with theReference Method, Draft Final Report, 2002

Fraunhofer Institut: Statistische Quellgruppenana-lyse für die PM10-Belastungen in sächsischenBallungsräumen, im Auftrag des Landesamtesfür Umwelt und Geologie, Dresden, 2004

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LUTZ, M.: Erste Erfahrungen bei der Erstellungeines Luftreinhalteplans in Berlin, Vortrag beimKRdL-Experten-Forum Staub und Staubinhalts-stoffe, 10. und 11.11.2004, Düsseldorf, 2004

MÖLLER, D.: Luft, Walter de Gruyter & Co. KG, Berlin, 2003

Neue Zürcher Zeitung: Der Riechnerv als Eintritts-pforte ins Gehirn, 21.01.2004

PFEFFER, H.-U., BEIER, R., GEIGER, J.,LÖSCHAU, G., TRAVNICEK, W.: PM10-Ver-gleichsmessungen der deutschen Bundeslän-der mit gravimetrischen und kontinuierlichenVerfahren, Vortrag auf dem KRdL-Experten-Forum Staub und Staubinhaltsstoffe, Düssel-dorf, 2004

TEOM® Series 1400a Ambient Particulate (PM10)Monitor (AB Serial Numbers), Operating Manual, Rupprecht & Pataschnik Co., Inc., Albany, NY, USA, 1996

Thies clima: Laser Niederschlags Monitor, Bedie-nungsanleitung 5.4110.x0.x00, Göttingen, 2004

Thies clima: Ultrasonic Anemometer 2D, Bedie-nungsanleitung 4.3800.00.xx ab Version V2.1x,Göttingen, 2002

UMK AG „Umwelt und Verkehr“: Partikelemissio-nen des Straßenverkehrs, Endbericht, Oktober2004

Umweltbundesamt: Dieselfahrzeuge, www.um-weltbundesamt.de/uba-info-daten/daten/die-selfahrzeuge.htm, Stand: 14.11.2003

Umweltbundesamt: Episodenhafte PM10-Belas-tung in der Bundesrepublik Deutschland in denJahren 2000 bis 2003, 2004

Umwelt kommunale ökologische Briefe: Dicke Luftverstopft Arterien, Nr. 24, 24.11.2004

UVEK Eidgenössisches Departement für Umwelt,Verkehr, Energie, Kommunikation: Feinstaubaus dem Straßenverkehr: Verkehr wirbelt vielStaub auf, Medienmitteilung des BUWAL,02.10.2003

VDI-Nachrichten, 09.03.2001, S.14

WICHMANN, H. E., HEINRICH, J., PETERS, A.:Gesundheitliche Wirkungen von Feinstaub, eco-med Verlagsgesellschaft AG & Co. KG, Lands-berg, 2002

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Schriftenreihe

Berichte der Bundesanstaltfür Straßenwesen

Unterreihe „Verkehrstechnik“

V 74: Einsatzbereiche von AngebotsstreifenHupfer, Böer, Huwer, Jacob, Nagel € 13,50

V 75: Gesamtwirkungsanalyse zur ParkraumbewirtschaftungBaier, Hebel, Peter, Schäfer € 15,00

V 76: Radverkehrsführung an HaltestellenAngenendt, Blase, Bräuer, Draeger, Klöckner, Wilken € 14,00

V 77: Folgerungen aus europäischen F+E-Telematikprogrammenfür Verkehrsleitsysteme in DeutschlandPhilipps, Dies, Richter, Zackor, Listl, Möller € 18,50

V 78: Kennlinien der ParkraumnachfrageGerlach, Dohmen, Blochwitz, Engels, Funke, Harman,Schmidt, Zimmermann € 15,50

V 79: Bedarf für Fahrradabstellplätze bei unterschiedlichenGrund-stücksnutzungenAlrutz, Bohle, Borstelmann, Krawczyk, Mader,Müller, Vohl € 15,50

V 80: Zählungen des ausländischen Kraftfahrzeugverkehrs auf denBundesautobahnen und Europastraßen 1998Lensing € 13,50

V 81: Emissionen beim Erhitzen von Fahrbahnmarkierungsma-terialienMichalski, Spyra € 11,50

V 82: Verkehrsentwicklung auf Bundesfernstraßen 1999 –Jahres-auswertung der automatischen DauerzählstellenLaffont, Nierhoff, Schmidt € 19,50

V 83: Verkehrssicherheit in Einbahnstraßen mit gegengerichtetemRadverkehrAlrutz, Gündel, Stellmacher-Hein, Lerner, Mättig,Meyhöfer, Angenendt, Draeger, Falkenberg, Klöckner,Abu-Salah, Blase, Rühe, Wilken € 17,00

V 84: Vereinfachtes Hochrechnungsverfahren für Außerorts-Stra-ßenverkehrszählungenLensing, Mavridis, Täubner € 16.00

V 85: Erstellung einer einheitlichen Logik für die Zielführung (Weg-weisung) in StädtenSiegener, Träger € 14,50

V 86: Neue Gütekriterien für die Beleuchtung von Straßen mit ge-mischtem Verkehr und hohem FußgängeranteilCarraro, Eckert, Jordanova, Kschischenk € 13,00

V 87: Verkehrssicherheit von Steigungsstrecken – Kriterien für Zu-satzfahrstreifenBrilon, Breßler € 18,50

V 88: Tägliches Fernpendeln und sekundär induzierter VerkehrVogt, Lenz, Kalter, Dobeschinsky, Breuer € 17,50

V 89: Verkehrsqualität auf Busspuren bei Mitnutzung durch an-dere VerkehreBaier, Kathmann, Schuckließ, Trapp, Baier, Schäfer € 13,50

V 90: Anprallversuche mit Motorrädern an passiven Schutz-einrichtungenBürkle, Berg € 16,50

V 91: Auswirkungen der Umnutzung von BAB-StandstreifenMattheis € 15,50

V 92: Nahverkehrsbevorrechtigung an Lichtsignalanlagen unterbesonderer Berücksichtigung des nichtmotorisierten VerkehrsFriedrich, Fischer € 14,00

V 93: Nothaltemöglichkeiten an stark belasteten BundesfernstraßenBrilon, Bäumer € 17,00

V 94: Freigabe von Seitenstreifen an BundesautobahnenLemke, Moritz € 17,00

V 95: Führung des ÖPNV in kleinen KreisverkehrenTopp, Lagemann, Derstroff, Klink, Lentze, Lübke,Ohlschmid, Pires-Pinto, Thömmes € 14,00

V 96: Mittellage-Haltestellen mit FahrbahnanhebungAngenendt, Bräuer, Klöckner, Cossé, Roeterink,Sprung, Wilken € 16,00

V 97: Linksparken in städtischen StraßenTopp, Riel, Albert, Bugiel, Elgun, Roßmark, Stahl € 13,50

V 98: Sicherheitsaudit für Straßen (SAS) in DeutschlandBaier, Bark, Brühning, Krumm, Meewes, Nikolaus,Räder-Großmann, Rohloff, Schweinhuber € 15,00

V 99: Verkehrsentwicklung auf Bundesfernstraßen 2000 –Jahresauswertung der automatischen DauerzählstellenLaffont, Nierhoff, Schmidt € 21,00

V 100: Verkehrsqualität unterschiedlicher Verkehrsteilnehmerartenan Knotenpunkten ohne LichtsignalanlageBrilon, Miltner € 17,00

V 101: Straßenverkehrszählung 2000 – ErgebnisseLensing € 13,50

V 102: Vernetzung von VerkehrsbeeinflussungsanlagenKniß € 12,50

V 103: Bemessung von Radverkehrsanlagen unter verkehrs-technischen GesichtspunktenFalkenberg, Blase, Bonfranchi, Cossè, Draeger, Kautzsch,Stapf, Zimmermann € 11,00

V 104: Standortentwicklung an Verkehrsknotenpunkten – Rand-bedingungen und WirkungenBeckmann, Wulfhorst, Eckers, Klönne, Wehmeier,Baier, Peter, Warnecke € 17,00

V 105: Sicherheitsaudits für Straßen internationalBrühning, Löhe € 12,00

V 106: Eignung von Fahrzeug-Rückhaltesystemen gemäß denAnforderungen nach DIN EN 1317Ellmers, Balzer-Hebborn, Fleisch, Friedrich, Keppler,Lukas, Schulte, Seliger € 15,50

V 107: Auswirkungen von Standstreifenumnutzungen auf denStraßenbetriebsdienstMoritz, Wirtz € 12,50

V 108: Verkehrsqualität auf Streckenabschnitten von Hauptver-kehrsstraßenBaier, Kathmann, Baier, Schäfer € 14,00

V 109: Verkehrssicherheit und Verkehrsablauf auf b2+1-Streckenmit allgemeinem VerkehrWeber, Löhe € 13,00

2001

2000

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2003

2002

2004

Alle Berichte sind zu beziehen beim:

Wirtschaftsverlag NWVerlag für neue Wissenschaft GmbHPostfach 10 11 10D-27511 BremerhavenTelefon: (04 71) 9 45 44 - 0Telefax: (04 71) 9 45 44 77Email: [email protected]: www.nw-verlag.de

Dort ist auch ein Komplettverzeichnis erhältlich.

V 110: Verkehrsentwicklung auf Bundesfernstraßen 2001 –Jah-res-auswertung der automatischen DauerzählstellenLaffont, Nierhoff, Schmidt, Kathmann € 22,00

V 112: Einsatzkriterien für BetonschutzwändeSteinauer, Kathmann, Mayer, Becher vergriffen

V 113: Car-Sharing in kleinen und mittleren GemeindenSchweig, Keuchel, Kleine-Wiskott, Hermes, van Hacken € 15,00

V 114: Bestandsaufnahme und Möglichkeiten der Weiterentwick-lung von Car-SharingLoose, Mohr, Nobis, Holm, Bake € 20,00

V 115: Verkehrsentwicklung auf Bundesfernstraßen 2002 – Jahres-auswertung der automatischen DauerzählstellenKathmann, Laffont, Nierhoff € 24,50

V 116: Standardisierung der Schnittstellen von Lichtsignalanlagen– Zentralrechner/Knotenpunktgerät und Zentralrechner/Ingenieur-arbeitsplatzKroen, Klod, Sorgenfrei € 15,00

V 117: Standorte für Grünbrücken – Ermittlung konfliktreicherStreckenabschnitte gegenüber großräumigen Wanderungen jagd-barer SäugetiereSurkus, Tegethof € 13,50

V 118: Einsatz neuer Methoden zur Sicherung von Arbeitsstellenkürzerer DauerSteinauer, Maier, Kemper, Baur, Meyer € 14,50

V 111: Autobahnverzeichnis 2004Kühnen € 21,50

V 119: Alternative Methoden zur Uberwachung der Parkdauer so-wie zur Zahlung der ParkgebührenBoltze, Schäfer, Wohlfarth € 17,00

V 120: Fahrleistungserhebung 2002 – InländerfahrleistungHautzinger, Stock, Mayer, Schmidt, Heidemann € 17,50

V 121: Fahrleistungserhebung 2002 – Inlandsfahrleistung und Un-fallrisikoHautzinger, Stock, Schmidt € 12,50

V 122: Untersuchungen zu Fremdstoffbelastungen im Straßensei-tenraumBeer, Herpetz, Moritz, Peters, Saltzmann-Koschke,Tegethof, Wirtz € 18,50

V 123: Straßenverkehrszählung 2000: MethodikLensing € 15,50

V 124: Verbesserung der Radverkehrsführung an KnotenAngenendt, Blase, Klöckner, Bonfranchi-SimovióBozkurt, Buchmann, Roeterink € 15,50

V 125: PM10-Emissionen an Außerorststraßen – mit Zusatzunter-suchung zum Vergleich der PM10-Konzentrationen aus Messungenan der A1 Hamburg und AusbreitungsberechnungenDüring, Bösinger, Lohmeyer € 17,00

V 126: Anwendung von Sicherheitsaudits an StadtstraßenBaier, Heidemann, Klemps, Schäfer, Schuckließ € 16,50

V 127: Verkehrsentwicklung auf Bundesfernstraßen 2003Fitschen, Koßmann € 24,50

V 128: Qualitätsmanagement für Lichtsignalanlagen – Sicherheits-überprüfung vorhandener Lichtsignalanlagen und Anpassung derSteuerung an die heutige VerkehrssituationBoltze, Reusswig € 17,00

V 129: Modell zur Glättewarnung im StraßenwinterdienstBadelt, Breitenstein € 13,50

V 130: Fortschreibung der Emissionsdatenmatrix des MLuS02Steven € 12,00

V 131: Ausbaustandard und Überholverhalten auf 2+1-Stre-ckenFriedrich, Dammann, Irzik € 14,50

V 132: Vernetzung dynamischer Verkehrsbeeinflussungssys-temeBoltze, Breser € 15,50

V 133: Charakterisierung der akustischen Eigenschaften offen-poriger StraßenbelägeHübelt, Schmid € 17,50

V 134: Qualifizierung von Auditoren für das Sicherheitsauditfür InnerortsstraßenGerlach, Kesting, Lippert € 15,50

V 135: Optimierung des Winterdienstes auf hoch belastetenAutobahnenCypra, Roos, Zimmermann € 17,00

V 136: Erhebung der individuellen Routenwahl zur Weiterent-wicklung von UmlegungsmodellenWermuth, Sommer, Wulff € 15,00

V 137: PMx-Belastungen an BABBaum, Hasskelo, Becker, Weidner € 14,00

2005

2006

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v137-belastungen an bab · on the bab a 4 and the bab a 61 with a varying proportion of heavy...

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