Original paper

Prediction of PM10 concentration on the basis of high resolution weather forecasting

Klingner, Matthias; Sähn, Elke

Meteorologische Zeitschrift Vol. 17 No. 3 (2008), p. 263 - 272

published: Jun 23, 2008

DOI: 10.1127/0941-2948/2008/0288

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ArtNo. ESP025011703005, Price: 29.00 €

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Abstract

The anthropogenic impact on PM10 air pollutions is less than previously presumed by scientists. This can be derived from the prevention activities against PM10 concentration undertaken in accordance with the European clean air acts which have mostly proved ineffective. The reason may be a lack of understanding about the fundamental role of meteorology in the frame of the PM10 distribution, accumulation, deposition and generation processes. Particulates that we measure today have both anthropogenic and natural sources. Comparing long term measurements of PM10 to NOx concentration the basic influence of the most important meteorological factors was detected. Based on these results, a highly reliable PM10 prediction model has been developed. The model uses detailed data from a local weather forecast, PM10 measurements recorded in the past and the differentiations between working days, Saturdays and Sundays. The paper shows that only a few simple meteorological parameters are necessary to approximate the complex atmospheric processes, which are closely related to particulate concentrations, in an adequate way. By means of the PM10 prediction, the effectiveness of air quality control measures can be studied in advance for some days considering the specific local meteorological conditions. Therefore, this PM10 forecast model has been approved as a well suitable application for local authorities.

Kurzfassung

Der anthropogene Einfluss auf die Höhe der PM10-Konzentration ist offenbar geringer als ursprünglich angenommen. So haben aufgrund der derzeitigen Gesetzgebung eingeleitete PM10-Minderungsmaßnahmen bisher kaum Wirkung gezeigt. Grund dafür dürften die nach wie vor nicht ausreichend vorhandenen Kenntnisse über die wesentliche Rolle der meteorologischen Einflüsse auf die Entstehung, Anreicherung, Deposition und Verteilung von PM10 sein. Partikel, die wir heute messen, sind anthropogenen und natürlichen Ursprungs. Anhand von Langzeitmessdaten konnte die gegenüber NOx wesentlich größere Wirkung der Meteorologie auf die PM10-Immissionen nachgewiesen und die wichtigsten Einflussfaktoren selektiert werden. Diese Ergebnisse bildeten die Grundlage für die Entwicklung eines PM10-Prognosemodells. Als Eingangsgrößen werden detaillierte lokale Wettervorhersagedaten und PM10-Messwerte des Vortages benötigt. Man unterscheidet zwischen Werktag, Samstag sowie Sonn- und Feiertag. Das Papier zeigt, dass nur wenige einfache meteorologische Parameter genügen, die komplexen Prozesse in der Atmosphäre und deren Wirkung auf die Partikelkonzentration adäquat zu beschreiben. Mittels dieses Modells ist es ebenso möglich, die Wirksamkeit luftreinhaltender Maßnahmen unter den spezifischen lokalen meteorologischen Bedingungen einige Tage im voraus abzuschätzen. Somit ist das PM10-Prognosemodell geeignet, Kommunen Unterstützung bei der Planung und Realisierung von Minderungsmaßnahmen zu geben.