Original paper

Impact of aircraft NOx emissions. Part 2: Effects of lowering the flight altitude

Grewe, Volker; Dameris, Martin; Fichter, Christine; Lee, David S.

Meteorologische Zeitschrift Vol. 11 No. 3 (2002), p. 197 - 205

published: Aug 2, 2002

DOI: 10.1127/0941-2948/2002/0011-0197

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Abstract

Aircraft emissions of NOx amount to a small proportion of total emissions of NOx from man-made and natural sources. However, NOx from subsonic aircraft are directly emitted in the upper troposphere and lower stratosphere and have a relatively strong effect on the production of ozone (O3), a greenhouse gas, in that region. Furthermore air traffic is expected to increase significantly in the next decades. Possibilities for reducing the environmental impacts of air traffic by operational, technological and economic measures are currently under discussion. One potential option is to reduce flight altitudes. As a first step we investigate the effect of lowering cruise altitudes by 1 km on the chemical composition of the atmosphere for a subsonic fleet in 2015. Other parameters are deliberately kept constant, e.g., fuel consumption and NOx emissions. The simulations with the coupled climate-chemistry model E39/C clearly show that this fleet leads to a significantly smaller ozone increase compared to a fleet with a standard cruise altitude. In the northern hemisphere aircraft cause an ozone increase of 12.5 Tg for a 2015 simulation. The reduction in the ozone increase of 1.5 Tg is greater than the estimated additional ozone increase of 0.3 Tg due to decreased aerodynamic efficiency and therefore higher fuel consumption and NOx emissions. This value (1.2 Tg) is in the order of 10% relative to the simulated aircraft induced ozone increase of 12.5 Tg. Die Stickoxidemissionen (NOx) des Luftverkehrs tragen nur wenig zu den gesamten anthropogenen und natürlichen NOx-Emissionen bei. Sie werden jedoch direkt in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre emittiert und haben einen relativ großen Einfluss auf die Ozonproduktion in dieser Region. Aller Erwartung nach wird darüber hinaus der Luftverkehr auch in den nächsten Dekaden weiter stark ansteigen. Daher müssen Möglichkeiten gesucht werden, den Umwelteinfluss des Luftverkehrs zu reduzieren. Eine Option ist die Reduzierung der Flughöhe. Als ersten Schritt untersuchen wir den Einfluss einer 2015-Unterschallflotte mit einer um 1 km erniedrigten Reiseflughöhe auf die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre. Andere Parameter, wie Treibstoffverbrauch und NOx-Emissionen werden bewusst konstant gehalten. Numerische Simulationen mit dem gekoppelten Klima-Chemie Modell zeigen, dass diese Luftverkehrsflotte zu einem deutlich geringeren Ozonanstieg führt als eine Flotte mit Standard-Flugniveau. Die Verringerung der Ozonkonzentration um 1,5 Tg ist größer als der Ozonanstieg von 0,3 Tg, der aufgrund der verringerten aerodynamischen Effizienz und dem daher größeren Treibstoffverbrauch und der höheren NOx-Emission erwartet wird. Dieser Wert (1,2 Tg) entspricht 10% des simulierten Ozonanstieg von 12,5 Tg aufgrund der Luftverkehrsemissionen.