Original paper

A measurement based analysis of the spatial distribution, temporal variation and chemical composition of particulate matter in Munich and Augsburg

Schäfer, Klaus; Emeis, Stefan; Schrader, Stefanie; Török, Szabina; Alföldy, Balint; Osan, Janos; Pitz, Mike; Münkel, Christoph; Cyrys, Josef; Peters, Annette; Sarigiannis, Dimosthenis; Suppan, Peter

Meteorologische Zeitschrift Vol. 20 No. 1 (2011), p. 47 - 57

published: Feb 1, 2011

DOI: 10.1127/0941-2948/2011/0498

BibTeX file

O

Open Access (paper can be downloaded for free)

Download paper for free

Abstract

The objective of the studies presented in this paper is to present an analysis of spatial distribution and temporal variation of particulate matter in Munich and Augsburg, Germany, and to identify and discuss the factors determining the aerosol pollution in both areas. Surface-based in-situ and remote sensing measurements of particle mass and particle size distribution have been performed in, around, and above the two cities. Two measurement campaigns were conducted in Munich, one in late spring and one in winter 2003. Another campaign has been on-going in Augsburg since 2004. Spatial and temporal variations are analyzed from this data (PM10, PM2.5, and PM1). There are higher particle mass concentrations at the urban site than at the surrounding rural sites, especially in winter. No significant difference in the major ionic composition of the particles between the urban and the rural site was detected. This is considered to be related to the spatial distribution of secondary inorganic aerosol that is more homogeneous than aerosol resulting from other sources like traffic or urban releases in general. During the measurement campaigns mixing layer heights were determined continuously by remote sensing (SODAR, ceilometer, RASS). Significant dependence of particle size distribution and particle mass concentration on mixing layer height was found. This finding paves the way to new applications of satellite remote sensing products.

Kurzfassung

Die Zielstellung dieser Untersuchungen ist die Analyse der Luftqualität in München und Augsburg mit den Schwerpunkten auf Aerosolen, den Einflussfaktoren für die Luftqualität sowie der Darstellung der räumlichen und zeitlichen Struktur der Aerosolbelastung. Mit bodennahen und Fernerkundungs-Messungen wurden die Partikel-Massen-Konzentration und -Größenverteilung innerhalb und in der Umgebung der beiden Städte untersucht. Es wurden zwei Messkampagnen in München, eine im späten Frühjahr und eine im Winter 2003, durchgeführt. Eine weitere Messkampagne läuft in Augsburg seit 2004. Die räumlichen und zeitlichen Variationen wurden aus diesen Daten analysiert (PM10, PM2.5 und PM 1). Vor allem im Win- ter wurden höhere Partikel-Massen-Konzentrationen im städtischen als im umliegenden ländlichen Gebiet beobachtet. Es wurden keine signifikanten Unterschiede in der Haupt-Ionen-Zusammensetzung der Partikel von städtischem und ländlichem Gebiet festgestellt, die vor allem im Zusammenhang mit der räumlichen Verteilung der sekundären anorganischen Aerosole steht, welche generell homogener verteilt sind als andere Aerosole, die aus Quellen wie dem Verkehr oder städtischen Partikelfreisetzungen stammen. Die Mischungs- schichthöhe wurde kontinuierlich mit Fernerkundungsverfahren (SODAR, Ceilometer, RASS) gemessen. Es wurde eine deutliche Abhängigkeit der Partikel-Größen-Verteilung und der Partikel-Massen-Konzentration von der Mischungsschichthöhe nachgewiesen. Dieses Ergebnis eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten für die Satelliten-Fernerkundung.