Original paper

Coupling of urban street canyon and backyard particle concentrations

Weber, Stephan; Weber, Konradin

Meteorologische Zeitschrift Vol. 17 No. 3 (2008), p. 251 - 261

published: Jun 23, 2008

DOI: 10.1127/0941-2948/2008/0286

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ArtNo. ESP025011703004, Price: 29.00 €

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Abstract

Differences in particle mass and number concentrations between a busy urban street canyon (north-south orientation, about 50,000 vehicles 24 h-1) and an adjacent backyard were measured with optical particle counters. The influence of meteorological quantities, especially turbulent flow within the urban canopy layer, was also studied. Particle mass concentrations PM10 and PM1 were consistently larger within the street canyon due to enhanced emission and resuspension. For the study period this resulted in higher concentrations in the canyon of on average 30 % (PM10) and 22 % (PM1). Although elevated transport of submicrometer particles was related to easterly wind directions, the largest relative concentration differences between both sites were associated to cross-canyon flow from westerly wind directions. This is due to the canyon vortex being able to direct polluted air masses to the measurement site during flow being directed perpendicular to the canyon axis. For less polluted air within the backyard the backyard vortex is of minor influence. We found different influence of thermal and mechanical turbulence on the temporal evolution of concentration differences at both sites. Thermal turbulence was positively correlated with particle concentrations, while the latter was characterised by negative correlation coefficients.

Kurzfassung

Unterschiede in der Partikelanzahl und Partikelmassenkonzentration zwischen einer stark befahrenen Straßenschlucht (N-S Exposition, ca. 50.000 Kfz 24 h-1) und einem angrenzenden Hinterhof wurden mittels kontinuierlicher Messungen mit optischen Partikelzählern untersucht. Der Einfluss meteorologischer Größen auf Konzentrationsunterschiede zwischen Straßenschlucht und Hinterhof stand im Fokus der Arbeit. Dabei wurden insbesondere turbulente Strömungsprozesse innerhalb der Stadthindernisschicht untersucht. Im Beobachtungszeitraum zeigte die Straßenschlucht aufgrund erhöhter Emission und Resuspension von Partikeln im Mittel ein um 30 % (PM10) bzw. 22 % (PM1) höheres Konzentrationsniveau im Vergleich zum Hinterhof. Trotz erhöhter Einträge von Partikeln < 1 μm während östlicher Anströmung des Untersuchungsgebietes, wurden die größten relativen Konzentrationsdifferenzen während Queranströmung der Straßenschlucht aus westlichen Windrichtungen festgestellt. Dabei transportierte die sich unter Queranströmung innerhalb der Straßenschlucht einstellende Rotorzirkulation die belasteten Luftmassen gegen die Straßenseite, an der die Partikelzähler installiert waren. Im weniger vorbelasteten Hinterhof war die Rotorzirkulation von untergeordneter Bedeutung. Weiterhin konnten unterschiedliche Einflüsse von thermisch und mechanisch induzierter Turbulenz auf die zeitliche Dynamik der Konzentrationsunterschiede im Tagesgang festgestellt werden. Für den fühlbaren Wärmefluss zeigte sich eine positive Korrelation mit der Partikelmassenkonzentration, mechanische Turbulenz war negativ korreliert.