Untersuchung und Modellierung der raumzeitlichen Variabilität urbaner und regionaler ...

178 Pages·2013·21.4 MB·German

Untersuchung und Modellierung der raumzeitlichen Variabilität urbaner
und regionaler Feinstaubkonzentrationen

Von der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik der
Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen

zur Erlangung des akademischen Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften
genehmigte Dissertation

vorgelegt von M.A.
Hendrik Merbitz

aus Dresden

Berichter: Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Christoph Schneider
apl.-Prof. Dr. phil. Wolfgang Römer

Tag der mündlichen Prüfung: 05. Juni 2013

Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschulbibliothek online verfügbar

Vorwort 
Vorwort 
Die vorliegende Arbeit basiert in Teilen auf bereits publizierten wissenschaftlichen Artikeln sowie 
einem  Buchkapitel.  Die  vier  der  Arbeit  zugrunde  liegenden  Publikationen  sind  nachfolgend 
aufgeführt.  
Merbitz, H., Buttstädt, M., Michael, S., Dott, W., Schneider, C. (2012a): GIS‐based identification of 
spatial variables enhancing heat and poor air quality in urban areas. Applied Geography 33, 
94–106. DOI: 10.1016/j.apgeog.2011.06.008. (c) 2011 Elsevier Ltd. 
Merbitz, H., Detalle, F., Ketzler, G., Schneider, C., Lenartz, F. (2012b): Small scale particulate matter 
measurements and dispersion modelling in the inner city of Liège, Belgium. International 
Journal of Environment and Pollution 50 (1/2/3/4), 234–249. (c) 2012 Inderscience Enterprises 
Ltd. 
Merbitz, H., Fritz, S., Schneider, C. (2012c): Mobile measurements and regression modeling of the 
spatial particulate matter variability in an urban area. Science of the Total Environment 438, 
389–403. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2012.08.049. (c) 2012 Elsevier B.V. 
Merbitz, H., Schneider, C. (2012): Stadtplanung und Luftreinhaltung. In: Böhme, C.; Kliemke, C.; 
Reimann, B.; Süß, W. (Hrsg.): Handbuch Stadtplanung und Gesundheit. 1. Aufl. Bern: Verlag 
Hans Huber, 139–150. (c) 2012 Verlag Hans Huber, Hogrefe AG, Bern. 
Der Verfasser der vorliegenden Doktorarbeit ist verantwortlich für alle in der Arbeit verwendeten 
Inhalte dieser Publikationen sowie für alle den verwendeten Inhalten zugrunde liegenden Arbeiten. 
Die Verwendung von Inhalten der Publikationen erfolgt mit freundlicher Genehmigung von Elsevier, 
Inderscience und dem Verlag Hans Huber. 
Weitere Veröffentlichungen des Verfassers der Doktorarbeit, auf die in der Arbeit Bezug genommen 
wird, sind nachfolgend aufgeführt. Alle Publikationen finden sich auch im Literaturverzeichnis. 
Merbitz, H. (2009): Feinstaubkonzentration in Abhängigkeit von Witterung und Großwetterlagen im 
Raum Aachen. Aachener Geographische Arbeiten 46, 121‐134. 
Merbitz,  H.  (2010):  Feinstaubbelastung  in  Aachen  und  in  der  Euregio  Maas‐Rhein.  Aachener 
Geographische  Arbeiten  47.  Sonderband:  30  Jahre  Klimamessstation  Aachen‐Hörn  des 
Geographischen Instituts. Beiträge zu Geschichte und Regionalbezug der Klimaforschung in 
Aachen, 48‐59. 
Merbitz,  H.,  Ketzler,  G.,  Schneider,  C.  (2010):  Untersuchungen  zu  den  Windverhältnissen  im 
Innenstadtbereich von Aachen. Aachener Geographische Arbeiten 47. Sonderband: 30 Jahre 
Klimamessstation  Aachen‐Hörn  des  Geographischen  Instituts.  Beiträge  zu  Geschichte  und 
Regionalbezug der Klimaforschung in Aachen, 97‐116. 

I
Danksagung 
Danksagung 
Die  Anfertigung  einer  naturwissenschaftlichen  Doktorarbeit  auf  der  Grundlage  umfangreicher 
Messungen  und  Analysen  ist  ohne  die  tatkräftige  Unterstützung  mehrerer  Personen  kaum  zu 
bewerkstelligen. 
Mein besonderer Dank gilt meinem Betreuer Prof. Dr. Christoph Schneider für die Unterstützung, 
Anregungen und Hilfestellungen während der Durchführung der wissenschaftlichen Arbeiten und der 
Fertigstellung der Doktorarbeit sowie für die kritische Durchsicht und konstruktiven Anmerkungen 
beim Verfassen der verschiedenen wissenschaftlichen Publikationen. 
Außerdem  danke  ich  meinem  Zweitbetreuer  Prof.  Dr.  Wolfgang  Römer  für  die  methodischen 
Hilfestellungen und Ratschläge bei der Durchführung der Untersuchungen. 
Darüber hinaus möchte ich mich bei Dr. Gunnar Ketzler bedanken, der mit fachlicher Expertise auf 
dem Gebiet der Stadtklimatologie die Arbeit unterstützend begleitete. 
Weiterhin danke ich meinen Kollegen Timo Sachsen, M.A., Mareike Buttstädt, M.A., Isabell Maras, 
M.Sc. und Achim Knörchen, M.A. sowie allen Mitarbeitern der Arbeitsgruppe Physische Geographie 
und Klimatologie für fachlichen Rat und die stets gute Arbeitsatmosphäre. 
Den studentischen Hilfskräften Stephanie Reinartz, Lars Schneider, Amina Schild, Dominik Gronen, 
Christian Mouwens, Bennit Müller und Eva Hörle gilt mein Dank für die Unterstützung bei der 
Durchführung der zahlreichen mobilen Messungen. 
Für technische Unterstützung und Bereitstellung von Daten danke ich dem Institut Scientifique de 
Service Public (ISSeP) in Liège, Belgien, insbesondere Herrn Fabian Lenartz. 
Bei Sabine Fritz, M.Sc. bedanke ich mich für die Hilfe bei der Datenaufbereitung. 
Für die Bereitstellung umfangreicher Datensätze der PM10‐Konzentrationen sowie meteorologischer 
Daten verschiedener Messstationen danke ich dem Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucher‐
schutz des Landes Nordrhein‐Westfalen (LANUV NRW). 
Bei Dipl.‐LM‐Chem. Sabrina Michael möchte ich mich für die gute interdisziplinäre Zusammenarbeit 
mit dem Institut für Hygiene und Umweltmedizin an der RWTH Aachen bedanken. 
Dem Institut für Bergbaukunde III der RWTH Aachen, insbesondere Rebeca Böhner, M.A. gilt mein 
Dank  für  die  freundliche  Bereitstellung  eines  Feinstaubmessgerätes  während  der  ersten 
Messkampagne. 
Mein ganz persönlicher Dank gilt meiner Mutter sowie meiner Freundin für ihren Rückhalt und 
moralische Unterstützung. 

II
Inhalt 
Inhalt 
Verzeichnis der Abbildungen ........................................................................................................ V 
Verzeichnis der Tabellen .............................................................................................................. IX 
Verzeichnis der verwendeten Symbole und Einheiten ................................................................ XI 
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen ............................................................................... XII 
1   Einleitung und Zielsetzung .................................................................................................. 1 
2  Theoretische Grundlagen ................................................................................................... 3 
2.1  Luftverunreinigungen ....................................................................................................... 3 
2.2  Physikalische und chemische Charakterisierung von Feinstaub ...................................... 5 
2.3  Feinstaubquellen .............................................................................................................. 6 
2.4  Feinstaub in urbanen Räumen ......................................................................................... 7 
2.5  Gesundheitliche Auswirkungen von Feinstaub und Bevölkerungsexposition ................. 8 
2.6  Feinstaubmessung .......................................................................................................... 11 
2.7  Meteorologische Beeinflussung der Luftschadstoffkonzentration ................................ 12 
2.8  Ausbreitung von Luftschadstoffen ................................................................................. 17 
2.9  Luftschadstoffmodellierung ........................................................................................... 18 
2.9.1  Gauß‐Modelle ........................................................................................................... 18 
2.9.2  Lagrange‐Modelle ..................................................................................................... 18 
2.9.3  Eulersche Gittermodelle............................................................................................ 19 
2.9.4  Chemie‐Transport‐Modelle ....................................................................................... 19 
2.9.5  Semi‐empirische Modelle ......................................................................................... 19 
2.9.6  Statistische und geostatistische Modelle .................................................................. 20 
3  Untersuchung  der  urbanen  Feinstaubverteilung  durch  mobile  Messungen  in 
Aachen .............................................................................................................................. 23 
3.1  Untersuchungsgebiet und lufthygienische Situation ..................................................... 23 
3.2  Auswahl der Messpunkte ............................................................................................... 26 
3.3  Messmethodik und Datenaufbereitung ......................................................................... 29 
3.4  Messkampagnen ............................................................................................................ 33 
3.5  Konzentrationsverteilung der Messkampagnen A‐E ...................................................... 35 
3.6  Meteorologische Verhältnisse während der Messkampagnen A‐E ............................... 43 
4  Mobile Messung und Modellierung der Feinstaubkonzentration in Liège ....................... 47 
5  Räumliche Modellierung urbaner Feinstaubkonzentrationen ......................................... 55 
5.1  Datengrundlage und Methodik ...................................................................................... 55 
5.2  Räumliche Abgrenzung potentiell lufthygienisch belasteter Gebiete in Aachen ........... 56 
5.3  Identifikation räumlicher Größen zur Entwicklung eines Regressionsmodells .............. 64 
5.4  Training und Optimierung des Regressionsmodells ....................................................... 71 
5.5  Validierung des Regressionsmodells .............................................................................. 76 
5.6  Bevölkerungsexposition gegenüber Feinstaub .............................................................. 87 
6  Untersuchung und Modellierung zeitlicher PM10‐Variabilität ......................................... 91 
6.1  Zeitliche Variabilität der Feinstaubkonzentration in Aachen ......................................... 91 
III
Inhalt 
6.2  Einflussgrößen der Feinstaubkonzentration .................................................................. 92 
6.2.1  Lineare  Korrelation  meteorologischer  und  nicht‐meteorologischer 
Einflussgrößen ........................................................................................................... 92 
6.2.2  Einfluss von Luftdruck und Niederschlag auf die PM10‐Konzentration .................... 94 
6.2.3  Einfluss  von  Windgeschwindigkeit  und  Windrichtung  auf  die  PM10‐
Konzentration ............................................................................................................ 96 
6.3  Entwicklung  eines  linearen  und  eines  nicht‐linearen  Modells  für  die  PM10‐
Tagesmittel ................................................................................................................... 101 
6.4  Validierung des linearen und des nicht‐linearen Modells ............................................ 104 
6.5  Entwicklung  der  Feinstaubkonzentrationen  im  Zuge  des  anthropogenen 
Klimawandels ............................................................................................................... 109 
7  Räumliche Modellierung regionaler PM10‐Konzentrationen ......................................... 113 
7.1  Das „PMlab“‐Projekt .................................................................................................... 113 
7.2  Das Untersuchungsgebiet Euregio Maas‐Rhein ........................................................... 113 
7.3  Theoretische Grundlage für die regionale PM10‐Modellierung .................................. 118 
7.4  Entwicklung eines Interpolationsmodells für die Euregio Maas‐Rhein ....................... 121 
7.5  Emissionsterm .............................................................................................................. 121 
7.6  Transmissionsterm ....................................................................................................... 124 
7.7  Berechnung des Beta*²‐Indikators ............................................................................... 125 
7.8  Interpolation der normierten PM10‐Konzentrationen ................................................ 130 
7.9  Umsetzung des Beta*²‐Modells zur Erstellung aktueller PM10‐Karten in der EMR .... 130 
7.10  Validierung des geostatistischen Modells .................................................................... 132 
8  Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität ............................................................ 137 
8.1  Rechtliche Grundlagen und kommunale Handlungsfelder .......................................... 137 
8.1.1  Gesetzliche Grundlagen .......................................................................................... 137 
8.1.2  Luftreinhalte‐ und Aktionspläne ............................................................................. 138 
8.2  Maßnahmen zur Verbesserung der Luftqualität in Städten ........................................ 140 
8.2.1  Übersicht der Handlungsmöglichkeiten .................................................................. 140 
8.2.2  Kfz‐Emissionssenkungen ......................................................................................... 140 
8.2.3  Flächennutzung ....................................................................................................... 142 
8.2.4  Bebauung und Luftaustausch .................................................................................. 143 
8.2.5  Anpflanzung ............................................................................................................ 143 
8.2.6  Fahrbahnoberfläche ................................................................................................ 144 
8.2.7  Zusammenfassung lufthygienischer Handlungsmöglichkeiten ............................... 144 
9  Fazit ................................................................................................................................. 145 
Literaturverzeichnis ................................................................................................................... 149 
Zusammenfassung ..................................................................................................................... 163 
Abstract ..................................................................................................................................... 164 

IV
Verzeichnis der Abbildungen 
Verzeichnis der Abbildungen 
Abb. 2.5.1: Räumliche Verteilung der PM10‐Hintergrundkonzentration in Europa  
(eigene Darstellung, Datengrundlage: EEA 2012a). Koordinatensystem: ETRS 1989 LAEA.  10 
Abb. 2.7.1 a/b: Windprofile für verschiedenen Ausbreitungsklassen bei geringer (a) und hoher (b) 
Rauigkeit.   16 
Abb. 3.1.1: Landnutzung in Aachen (CORINE Land Cover 2006, EEA 1995).  
Koordinatensystem: ETRS 1989 LAEA.  24 
Abb. 3.1.2: Reliefverhältnisse in Aachen (ASTER GDEM Version 2, ASTER GDEM Validation Team 2011). 
Koordinatensystem: ETRS 1989 LAEA.  25 
Abb. 3.2.1: Hauptmesspunkte und mittleres tägliches Verkehrsaufkommen (DTV) im  
Untersuchungsgebiet. Datenquelle Verkehr: LANUV NRW (2011d), Datenquelle Gebäude:  
Bezirksregierung Köln (2010).   27 
Abb. 3.3.1: Optisches Messprinzip der verwendeten GRIMM Staubmessgeräte  
(GRIMM Aerosol Technik 2005).  29 
Abb. 3.3.2: Ergebnisse der Vergleichsmessungen PM10 (a) und PM2.5 (b) der Geräte 1.108  
und EDM 107.  30 
Abb. 3.3.3: Häufigkeitsverteilung aller 10‐Minutenmittelwerte (a) sowie log‐transformierter  
10‐Minutenmittelwerte (b) von PM10 und PM2.5 während Kampagne B.   31 
Abb. 3.4.1: Mobile Messpunkte der 5 Messkampagnen in Aachen sowie Referenzpunkte (R , R ). 
1 2
Kartengrundlage (links): Landesvermessungsamt NRW (1995 a‐e),  
Datenquelle Gebäude (rechts): Bezirksregierung Köln (2010).   34 
Abb.  3.5.1:  Mittlere  PM10‐  (a)  und  PM2.5‐Konzentrationen  (b)  während  Kampagne  A.  
Kartengrundlage: Landesvermessungsamt NRW (1995 a‐e).   35 
Abb.  3.5.2:  Mittlere  PM10‐  (a)  und  PM2.5‐Konzentrationen  (b)  während  Kampagne  B. 
Kartengrundlage: Landesvermessungsamt NRW (1995 a‐e).  35 
Abb.  3.5.3:  Mittlere  PM10‐  (a)  und  PM2.5‐Konzentrationen  (b)  während  Kampagne  C. 
Kartengrundlage: Landesvermessungsamt NRW (1995 a‐e).   38 
Abb.  3.5.4:  Mittlere  PM10‐  (a)  und  PM2.5‐Konzentrationen  (b)  während  Kampagne  D.  
Datenquelle Gebäude: Bezirksregierung Köln (2010).  39 
Abb.  3.5.5:  Mittlere  PM10‐  (a)  und  PM2.5‐Konzentrationen  (b)  während  Kampagne  E. 
Kartengrundlage: Landesvermessungsamt NRW (1995 a‐e).   40 
Abb. 3.5.6: Boxplots der PM10‐Konzentrationen (10 Minutenmittel) der 5 Messkampagnen.   42 
Abb. 3.5.7: Boxplots der PM2.5‐Konzentrationen (10 Minutenmittel) der 5 Messkampagnen.   42 
Abb. 3.6.1: Windrichtungs‐ und Windgeschwindigkeitsverteilung an der Station R  (AABU) während  
2
der Messkampagnen (a) und im Zeitraum 2003‐2011 (b). (Datenquelle: LANUV NRW 2012d).  44 
Abb. 3.6.2: Mediane der relativen Windgeschwindigkeiten (a) und Korrelationskoeffizienten,  
bezogen auf die Station Aachen‐Hörn (b) während Kampagne B. Kartengrundlage: 
Landesvermessungsamt NRW (1995 a‐e).   45 
Abb. 3.6.3: Gegenüberstellung von PM2.5‐Konzentrationen und den Parametern Luftdruck (a), 
Lufttemperatur (b), relative Luftfeuchte (c) sowie Windgeschwindigkeit (d) an den 
Messpunkten der Kampagne B.   46 
Abb. 4.1: Untersuchungsgebiet in Liège und Referenzstation R201. Kartengrundlage: Belgische 
topographische Karte 1:10000 (Institut Géographique National 1998), Koordinatensystem: 
ETRS 1989 LAEA.  47 
V
Verzeichnis der Abbildungen 
Abb. 4.2: Untersuchungsgebiet Liège Innenstadt mit mobilen und permanenten Messpunkten, 
Gebäudehöhen (Quelle: Stadt Liège 2011) und mittlerem Kfz‐Aufkommen pro Stunde  
während der mobilen Messperioden.  48 
Abb. 4.3: Verlauf der PM10‐Gesamtkonzentration (µg/m³) an der Referenzstation  
(Datenquelle: ISSeP Liège 2012).  50 
Abb. 4.4: Verlauf der PM10‐Zusatzkonzentrationen (µg/m³) an den Stationen „Boulevard“  
und „Straße“.   50 
Abb. 4.5: Mittlere PM10‐Zusatzkonzentration (µg/m³) an den 16 Messpunkten.  
Quelle Gebäudedaten: Stadt Liège 2011.   51 
Abb. 4.6: Mittlere relative Windgeschwindigkeiten an den mobilen Messpunkten.  
Quelle Gebäudedaten: Stadt Liège 2011.  52 
Abb. 4.7: Horizontale Windfelder, modelliert mit AUSTAL2000 für Windrichtung 140° (a), 190° (b),  
260° (c). Quelle Gebäudedaten: Stadt Liège 2011.  53 
Abb. 4.8: PM10‐Konzentrationen im Untersuchungsraum, simuliert mit AUSTAL2000 für 
Ausbreitungsklassen 3 (a) und 6 (b). Quelle Gebäudedaten: Stadt Liège 2011.  54 
Abb. 5.2.1: Gemessene PM10‐Konzentrationen relativ zu Referenzstation R .  56 
2
Abb. 5.2.2: Äquivalente CORINE‐Landnutzung und Messpunkte. Koordinatensystem: ETRS 1989 LAEA.   58 
Abb. 5.2.3: Landnutzungsverteilung in einem Umkreis von 400 m um die Messpunkte.   59 
Abb. 5.2.4: Überschreitungsgebiete der P80‐ (a) und P90‐Schwellenwerte (b) durchgehend  
städtischer Flächen (800 m), der Gebäudedichte (800 m), der mittleren Canopy‐Höhe 
(800 m), des Versiegelungsgrads (400 m) und der Kfz‐Dichte (400 m). Koordinatensystem: 
ETRS 1989 LAEA.  61 
Abb. 5.2.5: Gebiete mit Überschreitung der P80‐ und P90‐Schwellenwerte aller 5 Parameter. 
Kartengrundlage: Landesvermessungsamt NRW (1995 a‐e), Koordinatensystem:  
ETRS 1989 LAEA.   62 
Abb. 5.3.1: Flächen‐ und Gebäudenutzungsklassifikation für die Stadt Aachen.   65 
Abb.  5.3.2:  PM10‐Emissionen  des  Kfz‐Verkehrs  in  Aachen  (Datenquelle:  LANUV  NRW  2011d; 
Niederau et al. 2011). Kartengrundlage: Landesvermessungsamt NRW (1995 a‐e).   68 
Abb. 5.3.3: PM10‐ und PM2.5‐Konzentrationen an 40 Punkten (Kampagne B) in Abhängigkeit von der 
Entfernung zur nächstgelegenen Straße >1.000 Kfz/Tag.   69 
Abb. 5.3.4: Simulierte PM10‐Konzentrationen in Abhängigkeit von der Entfernung zur Quelle in 1,5 m 
Höhe, relativ zur Konzentration an der Quelle.   70 
Abb. 5.4.1: Modellierte PM10‐Konzentrationsverteilung in Aachen. Weiße Flächen symbolisieren  
Gebäude.  74 
Abb. 5.4.2: Modellierte PM2.5‐Konzentrationsverteilung in Aachen. Weiße Flächen symbolisieren 
Gebäude.   75 
Abb. 5.5.1: Gemessene und modellierte PM10‐ (a) und PM2.5‐Konzentrationen (b) in Kampagne B.   76 
Abb. 5.5.2: Ergebnisse der „Leave One Out“‐Validierung für PM10 (a) und PM2.5 (b).  79 
Abb. 5.5.3: Gemessene und modellierte PM10‐ (a) und PM2.5‐Konzentrationen (b) in Kampagne A.   80 
Abb. 5.5.4: Gemessene und modellierte PM10‐ (a) und PM2.5‐Konzentrationen (b)  
in Kampagnen B, C und D.   81 
Abb. 5.5.5: Gemessene und modellierte PM10‐ (a) und PM2.5‐Konzentrationen (b) in Kampagne E.   82 
Abb. 5.6.1: PM10‐ (a) und PM2.5‐Konzentrationen (b) gemittelt über 161 Stimmbezirke in Aachen.   87 
Abb. 5.6.2: PM10‐ und PM2.5‐Exposition der Gesamtbevölkerung (a/c) sowie der Altersklassen  
0‐14 Jahre (b/d).   88 
VI
Verzeichnis der Abbildungen 
Abb. 5.6.3: PM10‐ und PM2.5‐Exposition von Arbeitsplätzen (a/c) sowie Grundschulplätzen (b/d).   89 
Abb. 5.6.4: Gesamtbevölkerungszahl, Bevölkerung 0‐14 Jahre, Anzahl Arbeitsplätze und 
Grundschulplätze in Aachen. Datenquelle: Stadt Aachen (Stadt Aachen 2010a,  
Helmert et al. 2010).  90 
Abb. 6.1.1: Tagesgänge, Jahresgänge und Wochengänge der PM10‐Konzentration an den Stationen  
AABU und VACW (Datenquelle: LANUV NRW 2012d). Diagramme erstellt mit R (R 
Development Core Team 2012) und openair (Carslaw u. Ropkins 2012).  91 
Abb. 6.1.2: PM10‐Jahresmittelwerte der Station AABU im Zeitraum 2000 bis 2011 (LUA NRW 2001, 2002, 
2003, 2004, 2005, 2006, LANUV NRW 2007, 2008, 2009a, 2010, 2011a, 2012a) und linearer 
Trend.   92 
Abb. 6.2.2.1: Abhängigkeit der PM10‐Konzentrationen am Standort AABU (a) und VACW (b) vom 
Luftdruck am Standort AABU (Datenquelle: LANUV NRW 2012d).  95 
Abb. 6.2.2.2: Abhängigkeit der PM10‐Konzentrationen am Standort AABU (a) und VACW (b) von    
  der Niederschlagssumme am Standort AABU (Datenquelle: LANUV NRW 2012d).  95 
Abb. 6.2.2.3: Abhängigkeit der PM10‐Konzentrationen am Standort AABU (a) und VACW (b) von der 
Anzahl von Tagen ohne Niederschlag in Folge am Standort AABU (Datenquelle: LANUV NRW 
2012d).  96 
Abb. 6.2.3.1: Abhängigkeit der PM10‐Konzentrationen am Standort AABU (a) und VACW (b) von der 
Windgeschwindigkeit am Standort AABU (Datenquelle: LANUV NRW 2012d).  96 
Abb. .6.2.3.2: PM10‐Konzentrationen (µg/m³) am Standort AABU und VACW in Abhängigkeit von der 
Windrichtung am Standort AABU (Tagesmittelwerte, Datenquelle: LANUV NRW 2012d).  97 
Abb. 6.2.3.3: Normierte positive (blau) und negative (rot) PM10‐Differenzen VACW‐AABU (µg/m³) in 
Abhängigkeit von der Windrichtung.  97 
Abb. 6.2.3.4: Bivariate PM10‐Konzentrationswindrosen für AABU (a) und VACW (b)  
(Tagesmittel 2007‐2011) (Datenquelle: LANUV NRW 2012d). Diagramme erstellt mit R (R 
Development Core Team 2012) und openair (Carslaw u. Ropkins 2012).  98 
Abb. 6.2.3.5: Bivariate PM10‐Konzentrationswindrosen für AABU (a) und VACW (b) (30‐min Werte 2007‐
2011, Datenquelle: LANUV NRW 2012d). Diagramme erstellt mit R (R Development  
Core Team 2012) und openair (Carslaw u. Ropkins 2012).  99 
Abb. 6.2.3.6: Tageszeitabhängige bivariate PM10‐Konzentrationswindrosen der Station VACW 
(Datenquelle: LANUV NRW 2012d). Diagramme erstellt mit R (R Development Core Team 
2012) und openair (Carslaw u. Ropkins 2012).  100 
Abb. 6.2.3.7: Windrichtungsabhängige PM10‐Tagesgänge AABU und VACW nach Jahreszeiten 
(Datenquelle: LANUV NRW 2012d). Diagramme erstellt mit R (R Development Core Team 
2012) und openair (Carslaw u. Ropkins 2012).  100 
Abb. 6.4.1: Validierung des multiplen Regressionsmodells an den Stationen AABU (a) und VACW (b).   104 
Abb. 6.4.2: Validierung des Neuronalen Netzes an den Stationen AABU (a) und VACW (b).   105 
Abb. 6.4.3: Jahreszeitenabhängige Streudiagramme von Messung und Neuronalem Netz, Station AABU.  106 
Abb. 6.4.4: Jahreszeitenabhängige Streudiagramme von Messung und Neuronalem Netz, Station VACW.   106 
Abb. 6.4.5: Gemessene und modellierte PM10‐Monatsmittel im Zeitraum 2007 bis 2011 (AABU).   107 
Abb. 6.4.6: Gemessene und modellierte PM10‐Monatsmittel im Zeitraum 2007 bis 2011 (VACW).   107 
Abb. 6.5.1: Verteilung von Windgeschwindigkeit und –richtung JJA 2003 (a) und JJA 2004‐2011 (b)  
an der Station AABU (Datenquelle: LANUV NRW 2012d).  110 
Abb. 7.2.1: Landnutzung (CORINE Land Cover 2006, EEA 1995) in der Euregio Maas‐Rhein.  
Koordinatensystem: ETRS 1989 LAEA.  114 
VII
Verzeichnis der Abbildungen 
Abb. 7.2.2: Digitales Geländemodell der EMR (ASTER GDEM 2, ASTER GDEM Validation Team 2011). 
Koordinatensystem: ETRS 1989 LAEA.  115 
Abb. 7.2.3: Luftmessstationen in der EMR im Zeitraum 2008 bis 2010 (Landnutzung wie in Abb. 7.2.1). 
Koordinatensystem: ETRS 1989 LAEA.  116 
Abb. 7.3.1: Normierung („de‐trending“) der PM10‐Mittelwerte 2008‐2010 an 21 Stationen in der EMR  
und angrenzenden Gebieten.  120 
Abb. 7.5.1: Summe der PM10‐Emissionen aller Sektoren des E‐PRTR‐Datensatzes in der EMR (2008) 
(Datenquelle: EEA 2011).  122 
Abb. 7.7.1: Regressionsfunktionen Beta*²/PM10 an Werktagen und Sonntagen (Zeitraum 2008‐2010).  127 
Abb. 7.7.2: Räumliche Verteilung von Emissionsterm (a) und Transmissionsterm (b) im 
Untersuchungsraum. Die Stadtzentren von Liège (L), Aachen (A) und Maastricht (M) sind als 
Kreise markiert. Koordinatensystem: ETRS 1989 LAEA.  128 
Abb. 7.7.3: Räumliche Verteilung des Beta*²‐Indikators im Untersuchungsraum EMR und angrenzenden 
Gebieten sowie Messstationen für die Beta*²‐Optimierung (vgl. Tabelle 7.7.1). 
Koordinatensystem: ETRS 1989 LAEA.  129 
Abb. 7.9.1: Prozessdiagramm der Erzeugung interpolierter PM10‐Karten in der Euregio Maas‐Rhein.  131 
Abb. 7.10.1: Tagesmaxima der PM10‐Messwerte und modellierten PM10‐Konzentrationen 2008‐2010.  135 
Abb. 7.10.2: Modellierte und gemessene mittlere PM10‐Konzentrationen im Zeitraum 2008‐2010. 
Koordinatensystem: ETRS 1989 LAEA.  136 
Abb. 8.2.1.1: Handlungsfelder der Luftreinhaltung auf kommunaler Ebene (Merbitz u. Schneider 2012).   140 
Abb. 8.2.2.1: Modellierte PM10‐Konzentrationen, Ausgangssituation (a),  
50 % Emissionssenkung (b) und 100 % Emissionssenkung bei Bussen (c).  
Quelle Gebäudedaten: Stadt Liège 2011.  141 

VIII