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Wintersmog
Unter Wintersmog (auch London-Smog) versteht man die Anreicherung der Luft durch Schadstoffe als Folge einer sogenannten Inversionslage im Winterhalbjahr.
Was ist eine Inversionslage?
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Die Schadstoffe sammeln sich während einer Inversionslage in der kalten Schicht an
Inversionslagen über mehrere Tage treten vor allem in den Wintermonaten bei stabilen und windarmen Wetterlagen auf. Dabei schiebt sich eine wärmere Luftschicht über die kalte Bodenluft. Bei einer solchen stabilen Schichtung der Atmosphäre nimmt die Lufttemperatur mit der Höhe zu und nicht ab. An der Grenze zwischen den beiden Luftmassen bildet sich meist eine Nebelschicht.
Als Folge des tiefen Sonnenstands vermag die Sonne die kalte Luft in Bodennähe tagsüber nicht zu erwärmen und die Trennung zwischen kalter und darüberliegender wärmerer Luftschicht bleibt bestehen. Die wärmere Luft wirkt dabei wie ein Deckel und verhindert ein Abführen der Luftschadstoffe, welche unter der Inversionsschicht weiterhin produziert werden. Die Luftschadstoffe reichern sich über Tage bis Wochen an und erreichen ein Niveau, welches weit über der sonst üblichen Luftschadstoffbelastung liegen kann.
Ob sich im Winterhalbjahr bei zu hohen Schadstoffemissionen eine gravierende Smogsituation ausbildet, hängt in erster Linie von der Dicke der Kaltluftschicht und der Inversionsdauer ab. Als Faustregel gilt:
- Die Obergrenze der Schicht liegt tiefer als ca. 700 m über dem Boden
- Die Windgeschwindigkeit in Bodennähe erreicht seit mehr als 12 Stunden weniger als 1.5 Meter/Sekunde
- Diese Wetterlage dauert noch mehrere Tage an
Eine Inversion wird erst durch einen Wechsel zu windreicheren Wetterlagen beendet.
Temperaturschichtung der Atmosphäre
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Temperaturprofil (Beispiel mit einer Bodeninversion und 2 Höheninversionen)
Die Schichtung der Atmosphäre hat entscheidenden Einfluss auf die Ausbreitung der Schadstoffe und damit auf die Konzentrationen. Bei instabiler Schichtung (Temperaturabnahme mit der Höhe grösser als 1°C pro 100 m) werden die unteren Luftschichten gut durchmischt. Dies ist z.B. im Sommer bei starker Aufheizung der Erdoberfläche der Fall. Bei einer stabilen Schichtung, wie es bei einer winterlichen Inversionslage der Fall ist, fehlt diese Durchmischung.
London Smog
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Anstieg der Todesfälle mit der Schadstoffkonzentration
Der Begriff London-Smog entstand aufgrund einer einwöchigen stabilen Inversionslage in London im Dezember des Jahres 1952. Auf dem Höhepunkt der Inversion betrug die Sichtweite gerade noch etwa einen Fuss (ca. 30 cm).
Als fatal erwies sich der Einsatz von Kohle als Energieträger. Der hohe Schwefelgehalt der verheizten Kohle führte zu einer übermässigen Schwefeldioxidproduktion. Zusätzlich wurden Unmengen von Staub, insbesondere Russ, durch die unzähligen Kamine ausgestossen. In Verbindung mit den winterlichen Temperaturen und der Inversionslage entstand für viele Leute eine sehr gefährliche Situation.
Die immense Luftverschmutzung hatte über 4’000 Todesfälle zur Folge. Neuere Auswertungen sprechen von bis zu 25'000 Todesfällen. Todesursache waren häufig Atemstillstände und/oder Herz-, Kreislaufkollapse.
Nach dieser Ausnahmesituation konnten Luftverschmutzung und gesundheitliche Auswirkungen ein erstes Mal direkt in Verbindung gesetzt werden.
Wintersmog in der Stadt Zürich
Auch in der Stadt Zürich sind winterliche Inversionslagen keine Seltenheit, obwohl ihre Häufigkeit in den letzten Jahren, als Folge der zunehmend warmen und windigen Winter, etwas abgenommen hat. Auch in Zürich führen Inversionen zu erhöhten Schadstoffwerten, die Spitzenbelastungen für Schwefeldioxid (Tagesmittelwerte) liegen jedoch heutzutage im Bereich von ca. 25 Mikrogramm pro Kubikmeter - µg/m³ (~ 10 ppb), bei einem Grenzwert von 100 µg/m³.
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Tagesmittelwerte für Schwefeldioxid im Januar 1993 und im Januar 1999
Die Grafik zeigt die Tagesmittelwerte für Schwefeldioxid im Januar 1993 und im Januar 1999. Dunkel eingefärbt die Inversionstage, welche sich deutlich von den weiteren Messwerten abheben. Selbst bei länger anhaltenden Inversionen wurden im Januar 1999 die Spitzenwerte des Januars 1993 nicht mehr annähernd erreicht.
Regelmässige Überschreitungen des Grenzwerts für Feinstaub PM10 und auch vereinzelte Überschreitungen des Stickstoffdioxidgrenzwerts können aber auch heute noch während winterlichen Inversionen auftreten.
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Wintersmogsituation in Zürich
Ein gutes Beispiel für Wintersmog war die Inversionslage zu Beginn des Januars 2002 südlich und nördlich der Alpen. Die Grafik zeigt den Verlauf der Schadstoffwerte in der Stadt Zürich. Der Höhepunkt der Inversionslage wurde in Zürich am 12. Januar mit einem Feinstaub PM10-Tagesmittelwert von 87 µg/m³ erreicht. In der ersten Januarhälfte wurden allein 10 Überschreitungen des Feinstaub PM10-Kurzzeitgrenzwerts von 50 µg/m³ registriert.
Zur gleichen Zeit verzeichneten das Tessin und die Lombardei Feinstaubbelastungen bis zu 180 µg/m³ (Tagesmittelwerte). Um solche Ereignisse in Zukunft zu verhindern, muss der Schadstoffausstoss noch deutlich reduziert werden.
Smog-Verordnung für den Kanton Zürich
Der Regierungsrat hat am 22. November 2006 für den Kanton Zürich eine Smog-Verordnung erlassen. Damit setzt der Kanton Zürich das dreistufige Wintersmog-Konzept um, das die Schweizerische Bau-, Planungs- und Umweltdirektoren-Konferenz (BPUK) am 21. September 2006 verabschiedet hat. Im Sinne eines Notfallkonzeptes sieht die Smog-Verordnung temporäre Massnahmen bei ausserordentlich hoher Luftbelastung mit Feinstaub PM10 vor.
Dreistufiges Interventionskonzept
|
Schwellenwerte der Stufen
(Tagesmittelwerte PM10)
|
In % des
PM10-Immissionsgrenzwertes
|
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|---|---|---|
| Informationsstufe |
75 µg/m³
|
150%
|
| Interventionsstufe 1 |
100 µg/m³
|
200%
|
| Interventionsstufe 2 |
150 µg/m³
|
300%
|
Das Interventionskonzept Feinstaub besteht aus drei Stufen. Die einzelnen Massnahmen werden ausgelöst, wenn für die folgenden drei Tage eine stabile Wetterlage zu erwarten ist.
- Informationsstufe (das letzte PM10-Tagesmittel übersteigt 75 µg/m3) Information der Bevölkerung über die Belastungssituation und -entwivklung. Verhaltensempfehlungen für gesundheitlich besonders gefährdete Menschen. Aufruf zu freiwilligen Massnahmen - Empfehlungen für persönliche Entlastungsbeiträge.
- Interventionsstufe 1 (das letzte PM10-Tagesmittel übersteigt 100 µg/m3) Information und Verhaltensempfehlungen wie bei der Informationsstufe. Es können Massnahmen nach Art. 3 Abs. 6 des Strassenverkehrs-gesetzes angeordnet werden, namentlich Geschwindigkeits-beschränkungen auf zu bezeichnenden Abschnitten von Autobahnen und Autostrassen (z.B. Tempo 80 und Überholverbote für Lastwagen). Weiter ist es in belasteten Gebieten verboten, Holzfeuerungen zu betreiben, wenn eine schadstoffärmere Heizung zur Verfügung steht (betrifft Zweitheizungen wie Cheminées und Cheminéeöfen). Von diesem Verbot ausgenommen sind Holzfeuerungen mit Filtern zur Feinstaubreduktion und solche, die mit dem Qualitätssiegel von "Holzenergie Schweiz" ausgezeichnet sind. Auch dürfen im Freien keine Feuer entfacht werden, ausgenommen Grill- und Brauchtumsfeuer.
- Interventionsstufe 2 (das letzte PM10-Tagesmittel übersteigt 150 µg/m3) Es gilt zusätzlich zu den Massnahmen der Interventionsstufe 1: Ab 1. Januar 2010 ist es in belasteten Gebieten verboten, dieselbetriebene Maschinen ohne Partikelfilter auf Baustellen sowie in der Land- und Forstwirtschaft einzusetzen.
Mit diesen temporären Notmassnahmen können die akuten Auswirkungen von PM10 gemildert werden. Bei bereits bestehendem Smog reichen sie jedoch nicht aus, um die PM10-Konzentrationen unter den Tages-Grenzwert von 50 µg/m3 zu senken. Immerhin können die Massnahmen eine weitere Zunahme der PM10-Belastung verhindern.
Das Problem des winterlichen PM10-Smogs kann nur mit einer dauerhaften Reduktion der Emissionen gelöst werden. Alle Verursachergruppen (Verkehr, Industrie, Haushalte und Land- und Forstwirtschaft) müssen dazu entscheidende Beiträge liefern. Mit dem "Aktionsplan Feinstaub" hat der Bund ein wichtiges Signal gesetzt.