Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft
vertreten durch das
Sächsische Landesamt für Umwelt und Geologie
Sachgebiet: Luftreinhaltung
Abschlussbericht (13-8802.3521/46)
zum
Forschungs- und Entwicklungsvorhaben
“Korngrößendifferenzierte Identifikation
der Anteile verschiedener
Quellgruppen an der Feinstaubbelastung“
von
E. Brüggemann
a
, U. Franck
b
, Th. Gnauk
a
, H. Herrmann
a
, K. Müller
a
, Ch. Neusüß
a
,
A. Plewka
a
, G. Spindler
a
, H.-J. Stärk und R. Wennrich
b
a) Institut für Troposphärenforschung e.V., Permoserstr. 15, 04318 Leipzig
b) UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH (UFZ), Permoserstr. 15, 04318 Leipzig
Prof. Dr. Hartmut Herrmann
Projektleiter
Leipzig, den 14. November 2000

II
Berichts-Kennblatt
1. Zwischen- bzw. Abschlussberichts-Nr.:
2. Berichtszeitraum
15.11.1999 – 14.11.2000
3. Titel des Berichts
Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben:
Körngrößendifferenzierte Identifikation der Anteile verschiedener Quellgruppen an der
Feinstaubbelastung
4. Autoren
5. Abschlußdatum
Dr. Gerald Spindler, Dr. Konrad Müller, Dr. Erika Brüggemann,
14-11-2000
Dr. Thomas Gnauk, Dr. Ulrich Franck, Dr. Hans-Joachim Stärk,
Dr. Ch. Neusüß, A. Plewka und Prof. Dr. Hartmut Herrmann
6. Durchführende Institution(en), Projektleiter
7. Aktenzeichen/Förderkennzeichen
Institut für Troposphärenforschung e.V.
13-8802.3521/46
UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH (UFZ)
Prof. Dr. H. Herrmann
8. Fördernde Institution(en)
9. Gesamtlaufzeit
Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie
01.10.1999 –31.10.2000
10. Zusätzliche Angaben, Sonstiges
11. Seitenzahl : 201
12. Tabellen: 56
13. Abbildungen: 135
14. Anlagen: 0
15. Kurzfassung
Im vorliegenden Abschlussbericht werden sämtliche innerhalb des
Vorhabens erarbeitete Informationen zusammengefasst und ausgewertet.
Es wird für alle Messtage eine Analyse der Belastungssituation für Luft
und Partikelfracht vorgenommen. Die Belastungssituationen werden
zwischen den verschiedenen Probenahmestandorten verglichen und
zwischen der winterlichen und sommerlichen Situation differenziert. Die
Projektbefunde werden in langjährige Messreihen eingeordnet und
diskutiert. Schließlich wird unter Verwendung aller verfügbaren
Information eine korngrößendifferenzierte Zuordnung der Anteile der
wichtigsten Quellgruppen an der Feinstaubbelastung vorgenommen.
16. Schlagwörter, Deskriptoren
Probenahme, Massebestimmung, Feinstaub, chemische und physikalische
Charakterisierung, korngrößenselektive Quellenzuornung
17. Sonstiges

III
INHALTSVERZEICHNIS
Seite
Titelblatt
I
Berichtskennblatt
II
Inhaltsverzeichnis
III
1. Einleitung
1
1.1. Aufgabenstellung und Ziele
1
1.2.
Projektdurchführung und experimentelle Methoden
4
1.2.1.
Probenahmestandorte und Messtage
4
1.2.2.
Probenahme
7
1.2.3. Wägung
8
1.2.4. Bestimmung wasserlöslicher Ionen
8
1.2.5. EC/OC-Analytik
8
1.2.6. Analytik der organischen Einzelspezies
9
1.2.7. Abschätzung von Wassergehalten in Partikeln 9
1.2.8. Schwermetall-Analytik
11
1.2.9. Rasterelektronenmikroskopie
14
1.2.10. Spurengasmessungen
16
1.2.11. Trajektorien
17
1.3.
Besonderheiten des Forschungsvorhabens
17
2.
Charakteristika der Messtage
18
2.1.
Gasförmige Spurenstoffe und meteorologische Parameter
18
2.2.
Größenaufgelöste Betrachtung der Partikelphase
19
2.3. Tagescharakteristika
20
2.3.1. Wintermesskampagne
20
2.3.2. Sommermesskampagne
25
3.
Vergleichende Betrachtung der Ergebnisse
Sommer/Winter
33
3.1. Masse
33
3.1.1. Vergleich der Winter- und Sommermesstage
33
3.1.2. Untersuchungen zu unterschiedlichen Luftmassentypen
38
3.2. Lösliche Komponenten (Ionen)
50
3.2.1. Vergleich der Winter- und Sommermesstage (BERNER Impaktor)
50
3.2.2 Untersuchungen zu unterschiedlichen Luftmassentypen
58
3.2.3 Vergleich der Messungen des Berner-Impaktors
und des Digitel-Filtersammlers
60

 
IV
3.3. OC/EC
77
3.3.1. Saisonale Abhängigkeit der Quellen
77
3.3.2. Mittelwertbildung
77
3.3.3. Gegenüberstellung
78
3.3.4. Abschätzung des Anteils von Verkehr, Hausbrand und
biogenen Emissionen am TC-Gehalt der Partikelproben
82
3.3.5. Abschätzung des relativen Anteils von SOA
86
3.4 Organische Einzelspezies
100
3.4.1. Vorgehensweise
100
3.4.2. Sommermesstage
100
3.4.3. Wintermesstage
102
3.4.4. Unterschiede zwischen den Jahreszeiten
104
3.4.5. Anteil der Heizungsanlagen an der PAK-Konzentration im Winter
107
3.5. Metalle
109
3.5.1. Vorgehensweise
109
3.5.2. Winter-Sommer – Vergleich und Quellenzuordnung anhand PM
2,5
110
3.5.3. Winter-Sommer – Vergleich und Quellenzuordnung anhand der
Messungen mit dem Berner-Impaktor
111
3.6. Rasterelektronenmikroskopie (REM)
124
3.6.1. Einleitung
124
3.6.2. Elektronenmikroskopische Abbildungen
124
3.6.3. Statistische Beschreibung der geometrischen Eigenschaften der
Partikelpopulation
126
3.6.4. Rußpartikel
130
3.6.5. Röntgenmikroanalyse (EDX)
134
4. Verhältnisse zwischen PM
10
PM
2,5
und PM
1
in Melpitz
136
4.1.
Bedeutung der Partikelfraktionen PM
10
, PM
2,5
und PM
1
136
4.2.
Ausgewählte Ergebnisse von PM
10
und PM
2,5
Messungen in Melpitz
137
4.3.
PM
10
, PM
2,5
und PM
1
in Melpitz seit 1999
139
5.
Einordnung der Probenahmetage in langjährige
Messreihen
141
5.1. Vorgehensweise
141
5.2.
Entwicklung der Partikelbelastung in den letzten drei
Jahrzehnten
141
5.3.
Entwicklung der Partikelkonzentration seit 1992
143
5.4. Vergleich mit Spurenmetallkonzentrationsmessungen von 1995
145
5.5.
Partikelkonzentration und Windrichtung in Melpitz 1995 bis 1997
146
5.6.
Die Messtage des Projektes innerhalb der PM
10
-Zeitreihe
für 2000 in Melpitz
148
6. Clusteranalyse
150
6.1.
Vorgehensweise
150
6.2. Gruppierung der Probenahmeereignisse
150
6.3. Korngrössendifferenzierte Gruppierung
158

V
7.
Zusammenfassende korngrößendifferenzierte
Betrachtung und Quellenzuordnung
162
7.1.
Massenverteilung nach Partikelgröße und Fehlerbetrachtung
162
7.2.
Stufe 1 (d
p
= 0,05 - 0,14 μm)
162
7.3.
Stufe 2 (d
p
= 0,14 - 0,42 μm)
172
7.4.
Stufe 3 (d
p
= 0,42 - 1,2 μm)
178
7.5.
Stufe 4 (d
p
= 1,2 - 3,5 μm)
186
8. Zusammenfassung und Ausblick
195
9. Literatur
197

1
1. Einleitung
1.1. Aufgabenstellung und Ziele
Aerosole sind allgemein stabile Suspensionen von festen oder, je nach den thermodynami-
schen Bedingungen und der chemischen Zusammensetzung der Partikel auch flüssigen Parti-
keln in der Gasphase. Der Begriff des Aerosols umfasst dabei grundsätzlich sowohl die Parti-
kel wie auch die sie umgebende Gasphase. Atmosphärische Partikel werden oft mit der engli-
schen Abkürzung PM
X
(PM für „particulate matter“) bezeichnet, wobei X die obere Abschei-
dungsgrenze als aerodynamischen Partikeldurchmesser in Mikrometern bei der Probenahme
angibt (z.B. PM
10
).
Atmosphärische Partikel beeinflussen entweder direkt oder indirekt als Wolkenkondensati-
onskerne (engl. cloud condensation nuclei, CCN) über eine Modifikation der physikochemi-
schen Eigenschaften von Wolken die Strahlungsbilanz der Erde und somit das globale Klima-
system. Weiterhin kann das atmosphärische Aerosol auch signifikante chemische Wirkungen
auf die Zusammensetzung der Gasphase und damit auf deren Eigenschaften, wie diejenige der
Oxidationskapazität haben, vgl. Georgii und Warneck (1999) für einen Überblick. Solche
wichtigen direkten chemischen Wirkungen sind z.B. nachgewiesen (i) für stratosphärische
Partikel, ohne deren Einfluss die drastischen Ozonverluste über der Antarktis nicht erklärt
werden können (s. z.B. Zellner 1999) und (ii) für die Produktion von sehr reaktiven Halogen-
atomen aus Seesalzaerosol (Sander und Crutzen 1996). Troposphärische Partikel können
vielfältige weitere Wirkungen hervorrufen. Sie können u.a. zur Versauerung und Eutrophie-
rung von Ökosystemen beitragen und eine Verschlechterung der Sichtweite bewirken.
Troposphärische Partikel können eine Wirkung auf die menschliche Gesundheit haben (Pope
und Dockery, 1992, Pope und Dockery, 1999. Basierend auf Ergebnissen aus den USA konnte
gezeigt werden, dass ein Anstieg des PM
10
um 10 μg/m³ (als 24 Stundenmittel) mit einem
Anstieg der Sterblichkeit von über 1% verbunden ist. Todesfälle verursacht durch Herzversa-
gen (45% aller Todesfälle) stiegen um 1,4 % an und die Rate der Todesfälle verursacht durch
Lungenerkrankungen (5 % aller Todesfälle) erhöhte sich um 3,4 % (Department of the Envi-
ronment, 1995). Ergänzend stellten Schwartz
et al
. (1996) fest, dass die Konzentration kleiner
Partikel, PM < 2,5 μm (PM
2,5
) mit der täglichen Sterblichkeit und Erkrankungshäufigkeit in
sechs urbanen Zentren korreliert. Diese Erkenntnisse veranlassten die Europäische Union
1999 zur Festlegung von Luftqualitätsstandards für Partikel (European Council Directive
1999/30/EC, 1999). Danach ist nur erlaubt, die in der in Tabelle 1.1.1. aufgelisteten Grenz-
werte zu überschreiten, wenn
(a) Konzentrationen in der weiträumigen Umgebung, bedingt durch natürliche Ereignisse, die
normale Hintergrundkonzentration überschreiten (für solche Fälle müssen die Mitglieder-
staaten in der Lage sein, zu beweisen, dass diese erhöhten Konzentrationen durch natürli-
che Vorgänge verursacht wurden), oder
(b) in eingeschlossenen oder angrenzenden Gebieten der Mitgliedsstaaten, die Grenzwerte der
Partikelkonzentration durch Resuspension von Partikeln in Folge der Abstumpfung von
winterlich vereisten Straßen überschritten werden (für solche Fälle müssen die Mitglieder-
staaten in der Lage sein, zu beweisen, dass diese erhöhten Konzentrationen durch Ab-
stumpfen der Straßen und Resuspension von Sand verursacht wurden. Dafür sind Mes-
sungen notwendig, die die geringere Konzentrationen außerhalb dieser Ereignisse bewei-
sen).
Die Direktive verpflichtet die Mitgliedsstaaten, PM
2,5
-Messungen an repräsentativen Punkten
vorzusehen und der Europäischen Kommission über die gewonnenen Ergebnisse zu berichten.
Tabelle 1.1.1. EU-Grenzwerte für PM
10
in Bezug zur menschlichen Gesundheit

2
Phase Mittelungszeit Grenzwert
[μg/m³]
Datum der Verbind-
lichkeit des Grenzwer-
tes
1
24 Stunden
50
(nicht öfter als
35 mal im Jahr
überschritten)
1. Januar 2005
1
Kalenderjahr
40
1. Januar 2005
2
a)
24 Stunden
50 (nicht öfter als
7 mal im Jahr
überschritten)
1. Januar 2010
2
a)
Kalenderjahr
20
1. Januar 2010
a)
vorläufiger Wert in Hinsicht auf neue Erkenntnisse für den Zusammenhang mit der menschlichen
Gesundheit und Wirkung auf die Umwelt, hinsichtlich veränderter technischer Möglichkeiten und den
Stand der Umsetzung von Phase 1
Die Gesamtmasse der troposphärischen Partikel, wie sie in den derartigen Richtlinien entspre-
chenden PM
X
-Messungen ermittelt wird, wird durch die folgende Beiträge bestimmt:
(i)
Beiträge durch primär emittierte Partikel (Partikelemission): Zunahme der Parti-
kelmasse
(ii)
Beiträge durch sekundär in der Folge chemischer Reaktionen und physikochemi-
scher Vorgänge gebildeten Teilchen (Nukleation): Zunahme der Partikelmasse
(iii)
Beiträge, die auf den Phasenübergang von Substanzen aus der Gasphase zurückzu-
führen sind (Kondensation): Zunahme der Partikelmasse.
(iv)
Beiträge durch Verlust flüchtiger Partikelbestandteile: Abnahme der Partikelmasse
Diese massebestimmenden Beiträge sind begleitet durch die chemische und physikalische
Modifikation des tatsächlichen troposphärischen Teilchenensembles durch:
(v)
Koagulation von Partikeln: Neutral in Bezug auf die vorhandene Partikelmasse
(vi)
Aktivierung von Partikeln zu Wolkentropfen: Massenzunahme durch Wasserauf-
nahme und Phasentransfer wasserlöslicher Substanzen
(vii) Wolkenchemische Prozesse: Können sowohl zur Massenzunahme wie zur Mas-
senabnahme durch Evaporation schlechtlöslicher Substanzen führen
(viii)
Evaporation von Wolkentropfen zum Residualpartikel: Massenabnahme
(ix)
Sedimentation und Auswaschung von Partikeln: Massenabnahme
Die tatsächlich gesammelte Partikelmasse und deren chemische Zusammensetzung wird u.U.
auch noch durch die weitere physikochemische Modifikation der Partikel bei der Probenahme
selber beeinflusst. Insgesamt zeigt diese Übersicht, dass die in Aerosolfeldmessungen be-
stimmte chemische Zusammensetzung in komplexer Weise mit Emissionsmustern und physi-
kalischen und chemischen Prozessen im troposphärischen Mehrphasensystem zusammen-
hängt.
Neuere Studien zeigten, dass Partikel kleiner PM
2,5
im Gegensatz zu größeren Teilchen
(PM
10
-PM
2,5
) eine höhere Sterblichkeitsrate verursachen. Diese Partikel passieren den Kehl-
kopf und dringen tiefer in die Lunge ein (Bowes III und Swift ,1986
, Gehr und Heyder, 2000).
Deshalb ist die chemische Zusammensetzung von Partikeln < PM
2,5
Hauptuntersuchungsge-
genstand dieses Projektes (Heintzenberg, 1989).
Die größenaufgelöste Charakterisierung der Partikel (Neusüß
et al.
1999) im städtischen und
ländlichen Aerosol innerhalb einer Winter- und einer Sommermessphase soll Beiträge zur
Quellenzuordnung der Bestandteile der Partikelfraktionen ermöglichen, um in Zukunft gege-

3
benenfalls Maßnahmen zur Reduzierung der anthropogen verursachten Einflüsse auf die
Partikelimmissionssituation bevorzugt in sächsischen Städten ergreifen zu können. Dazu
sollten typische und niederschlagsfreie Probenahmetage ausgewählt werden, die Anströmun-
gen aus verschiedenen Richtungen berücksichtigen. Basierend auf dem Vergleich Sommer –
Winter, den unterschiedlichen Standorten der Probenahme und den Erfahrungen aus anderen
Forschungsvorhaben (z.B. zur Quellenzuordnung und zur Beobachtung längerfristiger
Trends) sollte versucht werden, aus den gemessenen Konzentrationen an den unterschiedli-
chen Standorten in Kombination mit weiteren Parametern (meteorologische Daten, Standort-
charakteristik, Verteilung bestimmter Spezies in den Größenfraktionen, Daten zur Emissions-
situation u.a.) auf Anteile der verschiedenen Quellen zu schließen.
Wichtige Ziele des Vorhabens waren die Erfassung der partikelgrößendifferenzierten Beiträge
des Hausbrandes und des Verkehrs (Schwerlastverkehr, PKW) auf die Art und Charakteristik
der untersuchten Partikel. Dazu wurden meteorologisch möglichst einheitliche Messtage
ausgewählt, die nicht durch einen Luftmassenwechsel oder bedeutende Niederschlagsereig-
nisse gekennzeichnet waren. Angesichts der Zahl von nur neun Wintermesstagen und acht
Sommermesstagen wird versucht, die Ergebnisse in vorhandene lange Datenreihen einzuord-
nen.
Mit dem Forschungsvorhaben „Korngrößendifferenzierte Identifikation der Anteile verschie-
dener Quellgruppen an der Feinstaubbelastung“ ist in der Komplexität und im Umfang der
Bearbeitung dieses Themas durch die beteiligten Einrichtungen Neuland betreten worden. Es
konnten eine Reihe von gesicherten Aussagen durch eine komplexe Betrachtung der Ergeb-
nisse, besonders auch hinsichtlich der korngrößendifferenzierten Zuordnung, gewonnen wer-
den. Viele Erkenntnisse müssen in Anbetracht der geringen Anzahl der untersuchten Messta-
ge und dem Fehlen einer noch differenzierteren Quellencharakterisierung Wahrscheinlich-
keitsaussagen bleiben.
Die Zuordnung von Anteilen der Partikelfraktionen des städtischen und ländlichen Aerosols
zu möglichen Quellen ist wegen der Komplexität und der zeitlichen Dynamik der Verände-
rung der Quellen eine Aufgabe, die die Atmosphärenforschung noch über lange Zeit beschäf-
tigen wird. Dabei sollten auch die Effekte von Veränderungen der meteorologischen Randbe-
dingungen (z.B. mittlere Jahrestemperatur, Niederschlagssumme, mittlere Windgeschwindig-
keit und Windrichtungsverteilung) falls möglich über mehrere Jahre berücksichtigt werden, da
sie über die zuvor beschriebenen Prozesse (v)-(ix) einen Einfluss auf das Budget und die
chemische Zusammensetzung troposphärischer Partikel haben können. In diesem Zusammen-
hang sei angemerkt, dass in dem hier beschriebenen Vorhaben auf Grund der vorherrschenden
ausschließlich westlichen Anströmung mit relativ hohen mittleren Windgeschwindigkeiten
Tagesproben gewonnen wurden, die insgesamt eher einer Situation mit niedriger Belastung
entsprechen (s.a. Kapitel 4 und 5).

4
1.2. Projektdurchführung und experimentelle Methoden
1.2.1. Probenahmestandorte und Messtage
An insgesamt 17 Messtagen wurden größenselektiert Partikel an zwei Standorten in Leipzig
(Leipzig-Zentrum in Nähe des Hauptbahnhofes, und Leipzig-Nordost auf der Messplattform
des IfT) sowie in Melpitz bei Torgau an der Forschungsstation des IfT gesammelt und charak-
terisiert. Die Verbindung von chemischer und physikalischer Charakterisierung liefert einen
Datensatz, der den Stand der Wissenschaft reflektiert. Die Ergebnisse zeigen jedoch auch,
dass vor allem statistisch gesicherte Betrachtungen aus der geringen Zahl von Messtagen
nicht immer abgeleitet werden können. Die ausgewählten Probenahmetage entsprachen in
allen wesentlichen Parametern den selbstgestellten Vorgaben, wobei der letzte Messtag der
Sommerkampagne mit seiner sehr niedrigen Partikelbelastung sehr auffällig und ungewöhn-
lich war.
Einige Messprobleme bei der Metallanalytik, die während der Bearbeitung der Winterproben
augenscheinlich wurden, konnten in den Sommermessungen abgestellt werden. Die Curie-
Punkt-Pyrolyse-GC-MS ist zwar ein extrem sensitives Verfahren zur Einzelspeziescharakteri-
sierung des OC-Gehaltes, aber auch ein störanfälliges Analysenverfahren, das in absehbarer
Zeit kein Routineverfahren werden kann. Da eine Wiederholung von Analysen nicht möglich
ist, kam es zu 8 Ausfällen bei den insgesamt 255 Proben (9 Messtage Winter und 8 Messtage
Sommer an drei Standorten auf 4 Impaktorstufen und je Messtag und Standort einem PM 2,5-
Filter). Die Auswertung dieses komplexen Datenmaterials ist mit diesem Bericht sicher noch
nicht erschöpft und sollte bei der komplexen Betrachtung zukünftiger Messungen mit heran-
gezogen werden.
Durch die kurze Projektlaufzeit waren zeitliche Grenzen gesetzt, die der Realisierung des
Forschungsvorhabens einige Einschränkungen auferlegten:
Das Warten auf stabile osteuropäische Hochdruckgebiete, die eine kontinentale Anströmung
von längerer Dauer zur Folge haben, führte zu keinem Erfolg. Weder im Winter 1999/2000
noch im Sommer 2000 kam es zu einer derartigen, nicht untypischen Wetterlage im vorgese-
henen Beprobungszeitraum.
Der Winter war kaum durch typisches Winterwetter gekennzeichnet, denn es herrschten
durchgängig westliche Anströmungen (NW bis SW). Es gab einige kühle Tage, aber keine
typischen Wintertage in Nordwestsachsen. Bei für den Winter relativ guter Durchmischung
der Grenzschicht kam es nur zu niedrigen Partikelbelastungen. Im Sommer (Messmonate
sollten Juli und August sein) war es nicht heiß. Der Juli war sogar zu kalt und brachte auch
ein deutliches Defizit an Sonnenstunden mit sich, dafür waren der Mai und Juni zu warm und
sonnenscheinreich. Die Gesamtniederschlagsmenge wich vom langjährigen Mittel nicht auf-
fällig ab, aber es gab sehr viele Niederschlagsereignisse.

image
 
5
Probenahmestandorte
Die Auswahl der Messstationen erfolgte in Absprache mit dem Auftraggeber:
Station B:
Leipzig-Zentrum (in Bahnhofsnähe), sehr verkehrsreiche Straßenkreuzung
Tröndlinring/Am Halleschen Tor (Probeneinlass ca. 4 m über Grund)
Station IfT:
Nordöstlicher Stadtrand (IfT-Gebäude Permoserstr. 15, Probeneinlass ca. 16 m
über Grund)
Station M:
IfT-Forschungsstation Melpitz bei Torgau (Probeneneinlass ca. 4 m über
Grund)
Die Abbildungen 1.2.1. bis 1.2.3. vermitteln einen Eindruck von den experimentellen Aufbau-
ten an den Probenahmestandorten und deren unterschiedlichen Charakter. Abbildung 1.2.4.
zeigt die exakte geographische Lage der Probenahmestandorte, für die Forschungsstation
Melpitz wurden die Windrosen für 1999 und 2000 mit eingezeichnet.
Abbildung 1.2.1: Station Leipzig Zentrum (B)

image
image
6
Abbildung 1.2.2: Station IfT-Gebäude, Permoserstraße (IfT)
Abbildung 1.2.3: Station IfT-Forschungsstation Melpitz (M)

image
7
1999
000(1-8)
N
2
IfT
M
Abbildung 1.2.4: Lage der Probenahmestandorte in Nordwestsachsen. Am Probenahmestan-
dort Melpitz sind die Windrosen für 1999 und 2000 (hier Monate Januar bis August) einge-
zeichnet (Basis Minutenmittel n = 469859 für 1999, 6,8 % der Zeit Calme, v < 1,5 m/s;
n = 312751 für 2000, 7,5 % der Zeit Calme, v < 1,5 m/s). Die direkte Entfernung zwischen
dem Probenahmestandort Bahnhof und Forschungsstation Melpitz beträgt 42 km.
Für die Beurteilung typischer winterlicher Belastungsstufen wurden mit dem Auftraggeber
neun Tagesproben während häufig vorkommender Wettersituationen, die ein erhöhtes Parti-
kelaufkommen liefern könnten, vereinbart:
- ein Sonntag (niederschlagsfrei)
-
vier Wochentage mit West- bis Südwestanströmung (niederschlagsfrei)
-
drei Wochentage mit Ost- bis Nordostanströmung (niederschlagsfrei, schwachwindig).
Für die Beurteilung typischer sommerlicher Belastungsstufen wurden mit dem Auftraggeber
acht Tagesproben während häufig vorkommender Wettersituationen vereinbart:
- ein Sonntag (niederschlagsfrei)
-
vier Wochentage mit West- bis Südwestanströmung (niederschlagsfrei)
-
drei Wochentage mit Ost- bis Nordostanströmung (niederschlagsfrei, schwachwindig).
1.2.2. Probenahme
Die Probenahme erfolgte an allen drei Stationen mit identischer Technik:
a) fünfstufiger Berner-Niederdruck-Kaskaden-Impaktor (Durchfluss 75 l min
-1
), Sammlung
auf TEDLAR für Schwermetallbestimmung und wasserlösliche Ionen, Sammlung auf Alumi-
nium für Massebestimmung und OC/EC-Analytik (OC-organischer Kohlenstoff; EC-

8
elementarer Kohlenstoff), Sammlung auf Ni/Fe-Folie für Curie-Punkt-Pyrolyse-GC-MS (GC-
MS – Gaschromatographie-Massenspektrometrie).
Impaktorstufen:
1:
d
p
= 0,05-0,14 μm,
2:
d
p
= 0,14-0,42 μm,
3:
d
p
= 0,42-1,2 μm und
4:
d
p
= 1,2-3,5 μm
b) Digitel-DHA80 Filtersammler (500 l min
-1
auf Munktell-Quarzfaserfilter)
c) Nuclepore-Filter (0,43 μm, 4 x 10 min, 2m³ Luftvolumen) mit laminarer Probenahme für
REM (Rasterelektronenmikroskopie).
1.2.3. Wägung
Die Wägung der Impaktorfolien erfolgt nach 24-stündiger Äquilibrierung bei 20°C und 60 %
relativer Luftfeuchtigkeit mit einer Mikrowaage vom Typ Mettler-Toledo UMT-2. Die Filter
werden mit einer Mettler-Toledo AT 261 gewogen.
1.2.4. Bestimmung wasserlöslicher Ionen
Die Kationen der Impaktorproben werden nach Extraktion in Reinstwasser mit einem Io-
nenchromatographiesystem von Metrohm analysiert, während die Anionen mit einem Kapilla-
relektrophoresesystem SP 2000 von Thermoquest bestimmt werden. Die Filterproben werden
nach Extraktion im Eluenten mit einem DX-100 von Dionex auf Ionen analysiert.
1.2.5. EC/OC-Analytik
Die Kohlenstoffbestimmung mit Trennung in OC- und EC-Fraktion wurde nach einer ther-
mographischen Methode ähnlich der VDI-Richtlinie 2465 Bl.2 durchgeführt (mit einem
Ströhlein C-mat 5500 in zwei Stufen nach einer in internationalen Ringversuchen verifizierten
Methode).
Die Volatisierung des OC-Anteils erfolgte bei 650°C im N
2
-Strom mit anschließender Oxida-
tion zu CO
2
im Katalysatorofen, gefolgt von der Verbrennung des nichtflüchtigen EC-Anteils
bei 650°C im Sauerstoffstrom.
Die Nachweisgrenze ist dabei abhängig von der Höhe des Blindwerts (BW). Für die verwen-
deten Impaktorfolien aus Aluminium (1/3 Folie pro Analyse) wurde für OC ein mittlerer BW
von c
B
= 7,34μg (s
B
= 1,17; n = 10) und für EC von c
B
= 1,38μg (s
B
= 0,56; n = 10) gefunden.
Aus der Streuung um den mittleren BW ergibt sich die absolute Nachweisgrenze nach
c
NG, abs
= c
B
+ (t
f; 0,95
. s
B
)
mit t
9; 0,95
= 2,26
und die relative Nachweisgrenze des Verfahrens unter Einbeziehung der Luftprobemenge von
108 m³/3 = 36 m³ zu 0,28 μg/m³ für OC und 0,07 μg/m³ für EC.
Wenn der Analysenwert < BW ausfällt, wird das Resultat auf Null gesetzt, um negative Werte
zu vermeiden. Diese Erscheinung wurde an zwei EC-Proben in der feinsten Stufe mit der
geringsten Masse beobachtet, ohne dass dafür eine technische Ursache erkennbar war. Es
kann deshalb davon ausgegangen werden, dass in diesen Fällen der geringe EC-Wert von
statistischen Schwankungen überdeckt wird.
Die Blindwerte der Aluminiumfolien für die OC/EC-Analyse wurden für die Sommermess-
kampagne neu bestimmt, da eine andere Foliencharge zum Einsatz kam. Bei der Verwendung

 
9
von 1/3 Folienring pro Analyse wurden dabei für OC (650°C/N
2
) ein mittlerer Blindwert
(BW) von c
B
= 2,19 μg (s = 0,21; n = 6) und für EC (650°C/N
2
) von c
B
= 0,34 (s
B
= 0,09; n =
6) gefunden. Die absolute Nachweisgrenze des Verfahrens ergibt sich aus der Streuung um
den mittleren BW nach
c
NG,abs.
= c
B
+ (t
f; 0,95
. s
B
)
mit t
5; 0,95
= 2,57
für OC zu 2,73 μg C und für EC zu 0,54 μg C. Daraus leitet sich eine relative Nachweisgren-
ze unter Einbeziehung des Probeluftvolumens (108m
3
/3 = 36 m
3
) von 0,076 μg/m
3
für OC
und von 0,015 μg/m
3
für EC ab.
Analysenwerte, die < BW waren, wurden in den Proben der Sommermesskampagne nicht
gefunden. Die fehlenden Einzelwerte für OC am 26. 08. (B, 3. Stufe) und für EC am 19. 08.
00 (B, 4.Stufe) sind auf Softwareausfälle am Analysator zurückzuführen.
1.2.6. Analytik der organischen Einzelspezies
Die Curie-Punkt-Pyrolyse-GC-MS wird an einem System von FISONS (GC8085 und MS
TRIO 1000) mit Curie-Punkt-Pyrolysator JHP 3s von Japan Analytical Industry Company
Ltd. durch Trennung auf einer 30 m * 0,25 mm CP-Sil-5 CB-Kapillare (d
f
= 0,1 μm) durchge-
führt. Die größenaufgelösten Aerosolproben wurden mit Curie-Punkt-Pyrolyse-GC/MS auf
ihre organischen Bestandteile hin untersucht. Hier werden die Partikel auf ca. 2 cm x 0,75
cm großen Curie-Punkt-Folien, welche auf den Tedlarfolien im Impaktor liegen, gesammelt.
Sie bedecken damit jeweils ca. 5 % der Fläche einer Stufe. Diese ferromagnetischen Folien
werden im Pyrolysator einem hochfrequenten magnetischen Wechselfeld ausgesetzt und
dadurch innerhalb kürzester Zeit (20 ms) bis zum Curie-Punkt (590°C) erhitzt. Bei dieser
Temperatur verdampfen die organischen Partikelbestandteile und werden mittels eines He-
Überdruckes in den GC injiziert und mit dem Massenspektrometer detektiert. Vorteile dieses
Verfahrens sind: keine Probenvorbereitung, geringste Probemengen erforderlich. Die Nachtei-
le liegen bei einer häufigen Verschmutzung des System, da durch den Überdruck an He Parti-
kel mitgerissen werden und das Messsystem verstopfen können. Weiterhin ist nur eine einzige
Messung pro Probe möglich. Aufgrund dieser Nachteile konnten einige Proben nicht ausge-
wertet werden. Die Messungen (Probenaufgabe ist nicht automatisierbar) und Auswertungen
(viele verschiedene Substanzen) sind sehr zeitaufwendig.
Die Analytik der Filterproben auf PAH wird mit HPLC und Fluoreszenz-Detektion an einem
TSP-3000 System von Thermoquest durchgeführt. Die dabei erzielbaren Nachweisgrenzen
liegen auf Grund der sehr empfindlichen Fluoreszenzdetektion und vor allem der größeren
analysierten Menge unter denen der Curie-Punkt-Pyrolyse GC-MS, dafür fehlt aber die In-
formation über die Verteilung auf die Partikelgrößenklassen (Neusüß
et al.
2000, Neusüß
et
al.
2000a).
1.2.7. Abschätzung von Wassergehalten in Partikeln
Partikel enthalten bei höherer Luftfeuchte Wasser, dessen Anteil an der gewogenen Masse
(bei 60% relativer Luftfeuchte, vgl. 1.2.3.) abgeschätzt werden kann um damit Aussagen über
die chemische Masse zu erhalten.. Es gibt dafür verschiedene Ansätze. Die Einbeziehung aller
wichtigen Ionen unter Bezug auf Referenzwägungen bei unterschiedlichen relativen Feuchten
ist eine Möglichkeit (McInnes
et al
., 1996). Auch die thermodynamische Berechnung, ausge-
hend von im Laboratorium gemessenen Parametern, ist möglich. Allerdings tritt hier das
Problem auf, dass das Feuchtewachstum nur von Einzelverbindungen (bis auf Seesalz) be-
kannt ist (Tang und Munkelwitz, 1994; Tang
et.al.,
1997). Aber gerade organische Substan-
zen sind in ihrer Vielfalt kaum durch einfache Abschätzungen in ihrer Wasseraufnahmefähig-

10
keit zu beschreiben. Es wird je nach Standort auch ein unterschiedlicher Einfluss der Organi-
ka auf den Wassergehalt der Partikel beobachtet (Saxena
et. al
., 1995). Der Wassergehalt
wurde anhand von Impaktorproben auch schon direkt korngrößendifferenziert bestimmt
(Winkler, 1998; Hitzenberger
et al
., 1997). Der Nachteil besteht darin, dass recht große Parti-
kelmassen notwendig sind (mehrere Milligramm). Dies bedingt lange Probenahmezeiträume
von mindestens 10 Tagen (!). Für die Wassergehaltsabschätzung wurden hier Daten aus
Wachstumsmessungen von einzelnen Partikeln unter Verwendung eines Hygroscopic Tandem
Differential Mobility Analyzers (HTDMA) herangezogen (Liu
et al
., 1978). Das HTDMA
bestimmt die Anzahlpartikelverteilung einer vorselektierten Partikelgröße nach dem Konditi-
onieren auf eine bestimmte Feuchtigkeit. Das Verhältnis des oder der Maxima im Vergleich
zum ursprünglichen Durchmesser des trockenen Partikels ergibt den Wachstumsfaktor. In der
Regel werden die Größenwachstumsmessungen mit einer möglichst hohen Feuchtedifferenz
(< 10 %
↔ ≈
90 %) durchgeführt, um eine große Änderung des Durchmessers zu errrei-
chen.. Damit wird es möglich, verschiedene Partikeltypen hinsichtlich ihrer unterschiedlichen
Hygroskopizität zu unterscheiden. Bei zurückliegenden Messkampagnen am IfT wurden
zusätzlich Messungen bei 60% durchgeführt (Neusüß, 2000). Aus dem Wachstum des Parti-
keldurchmessers kann unter Annahme einer Dichte dann der Wassergehalt bestimmt werden:
m
2
=
m
f
−1
dry
wet
HO
dry
ρ
ρ
(1.1.)
m
B
H2O
B
resultierende Wassermasse
m
B
dry
B
chemisch bestimmte Masse (Ionen und kohlenstoffhaltiges Material)
ρ
B
wet
B
Dichte des feuchten Partikels
ρ
B
dry
B
Dichte des trockenen Partikels
f = (D
B
wet
B
/D
B
dry
B
)
P
3
P
Volumenwachstumsfaktor (kugelförmiges Partikel)
D
B
wet;dry
B
Durchmesser des feuchten ´bzw. trockenen Partikels
Die trockene und feuchte Dichte sind nicht unabhängig voneinander zu wählen. Bei bekannter
Wasseraufnahme ergibt sich der in Gleichung 1.2. dargestellte Zusammenhang:
B
wet
hO
dry
f
f
ρ
ρ
ρ
1
)
1
=(1−
2
+
B
(1.2.)
Die experimentelle Ungenauigkeit des Durchmesserwachstumsfaktors liegt im Bereich von
0,02 (Neusüß, 2000). Der Wassergehalt wurde in dieser Arbeit in erster Näherung für alle
Partikel nach einem einheitlichen Ansatz abgeschätzt. Dafür wurden für das Dichteverhältnis
0,93 und als Volumenwachstumsfaktor (1,1)
P
3
P
1,33 in erster Näherung angenommen (Neu-
süß 2000). Für die Partikel der kleinsten Stufe des BERNER-Impaktors dürfte sich dieses
Verfahren auch näherungsweise nicht mehr sinnvoll anwenden lassen, da hier der Gehalt an
Kohlenstoff bereits über 50 % liegt. Abbildung 1.2.5. veranschaulicht die Wassergehaltskor-
rektur für die unbestimmte Masse von Stufe 4 des BERNER-Impaktors für alle Probenahmee-
reignisse. Die Kurzbezeichnungen der Probenahmeereignisse sind in Tabelle 6.2.1. im Kapitel
6.2. erklärt.

 
11
0
1
2
3
4
5
6
7
BW1
BW4
BW7
IW1
IW4
IW7
MW1
MW4
MW7
BS1
BS4
BS7
IS2
IS5
IS8
MS3
MS6
Probenahmeereignisse
Masse [μg/m³]
ohne Wasserkorrektur
mit Wasserkorrektur
Abbildung 1.2.5.
Berechnung des Wasseranteils an der unbestimmte Masse in der
Impaktorstufe 4 für alle Probenahmeereignisse
1.2.8. Schwermetall-Analytik
Probenvorbereitung
Zur Analyse auf Schwermetalle stand von jeder Impaktorstufe ca. 1/3 der TEDLAR-
Trägerfolie mit den darauf abgeschiedenen Partikeln zur Verfügung.
Vorversuche zum Ablösen der Partikeln von der Folie mit Wasser bzw. Salpetersäure unter
milden Bedingungen waren insbesondere bei hohem Kohlenstoff- (Ruß-) Anteil in der Probe
nicht erfolgreich.
In der Wintermesskampagne wurde die Probenvorbereitung durch mikrowellen-unterstützten
Druckaufschluss (Aufschlusssystem "Multiwave", Perkin-Elmer/Paar) in PTFE-
Aufschlussgefäßen mit konzentrierter Salpetersäure (65%ig, suprapur, Merck) unter folgen-
den Grenzbedingungen durchgeführt: Temperatur bis 260°C und Druck bis 30 bar.
Dadurch wurde ein augenscheinlich rückstandsloses Lösen der Partikelproben und der Träger-
folien erzielt. Die Aufschlußlösungen wurden mit entionisiertem Wasser (Milli-Q, 18 MOhm)
auf ein Endvolumen von 50 ml aufgefüllt.
Bei dieser Verfahrensweise waren die Nachweisgrenzen insbesondere für die Elemente
Chrom, Mangan, Nickel und Kupfer kontaminationsbedingt sehr hoch, andererseits war die
gesammelte Partikelmasse auf den Tedlar-Folien gering. Dementsprechend konnten für die
o.a. Elemente sehr häufig keine Konzentrationen angegeben werden.
In der Sommermesskampagne wurde die Probenvorbereitung unter Berücksichtigung der im
Zwischenbericht zur Wintermesskampagne aufgeführten Gesichtspunkte durchgeführt:
Im Impaktor wurden Abstandsringe aus Teflon verwendet, um potenzielle Metall-
kontaminationen zu vermeiden.

 
12
Die Partikelproben wurden in der Reinraumbank von den TEDLAR-Trägerfolien abgelöst
und mit konzentrierter Salpetersäure (65%ig, suprapur, Merck, zusätzlich subboiled) in die
durch Ausdämpfen mit Salpetersäurer gereinigten Quarz-Mikroaufschlussgefäße (V=3mL)
überführt. Die TEDLAR-Folie selbst wurde nicht wie in der Winterkampagne mit auf-
geschlossen, da sie in erheblichem Maße zu den Blindwerten beitrug (Rizzio
et al
., 2000).
Durch mikrowellenunterstützten Druckaufschluss (Aufschlusssystem "Ethos nova", MLS
GmbH Leutkirch i. Allgäu) konnten die Proben unter folgenden Grenzbedingungen - Tempe-
ratur bis 235°C und Druck bis 50 bar - nach Augenschein rückstandsfrei gelöst werden.
Die Lösungen wurden mit entionisiertem Wasser (Milli-Q, 18 MOhm, zusätzlich subboiled)
auf ein Endvolumen von 2 ml aufgefüllt.
Von jedem Quarzfilter aus den PM 2.5 Probennahmen stand 1/8 des Filters für die Schwerme-
tallanalytik zur Verfügung.
Die Probenvorbereitung erfolgte durch mikrowellenunterstützten Druckaufschluss (Auf-
schlusssystem "Multiwave", Perkin-Elmer/Paar) in PTFE-Aufschlussgefäßen mit konzentrier-
ter Salpetersäure (65%ig, suprapur, Merck) unter folgenden Grenzbedingungen: Temperatur
bis 260°C und Druck bis 30 bar.
Als interne Standards wurden, zur Verbesserung der Präzision und Richtigkeit, allen Proben
vor dem Aufschluss die Elemente Rhodium und Rhenium in folgenden Konzentrationen
zugesetzt: [Rh]=50 μg/l und [Re]=150 μg/l.
Messung durch ICP-Massenspektrometrie (ICP-MS)
Die Bestimmung der Elementkonzentrationen in den Probenlösungen erfolgte mittels Zer-
stäubungs-ICP-Massenspektrometrie an einem "ELAN 5000" (Perkin-Elmer SCIEX).
Für die Proben der Wintermesskampagne konnte mit dem Standard-Probenzuführungssystem
des "ELAN 5000" gearbeitet werden (Crossflow-Zerstäuber: 1,33 ml/min; SCOTT-
Sprühkammer aus RYTON).
Für die geringen Probenvolumina der Sommermesskampagne musste ein Mikroproben-
zuführungssystem zum Einsatz gebracht werden, das aus einem Mikrozerstäuber "microMist"
(Glass Expansion SARL, CH; 250 μl/min) und einer Mini-Zyklonsprühkammer aus Quarz
bestand.
Analytische Bedingungen:
Winterkampagne Sommerkampagne
Plasmaleistung 1000 W 1000 W
Plasmagas 15 l/min 15 l/min
Hilfsgas 0,80 l/min 0,80 l/min
Zerstäubergas 0,90 l/min 1,00 l/min
Probenflußrate 1,33 ml/min 0,25 ml/min
Gemessene Isotope:
Vanadium 51-V
Chrom
53-Cr
Mangan 55-Mn
Kobalt
59-Co
Nickel
60-Ni
Kupfer
65-Cu
Zink 66-Zn
Kadmium 114-Cd

13
Thallium 205-Tl
Blei
Σ(206,207,208)-Pb
Innere Standards:
Rhodium 103-Rh
Rhenium 185-Re
Die zur Messung gewählten Isotope der Elemente Vanadium, Chrom, Kobalt, Nickel und
Kadmium wurden hinsichtlich auftretender Störungen durch Isotope anderer Elemente bzw.
durch Molekülionen korrigiert.
Beim Element Blei wurde die Bestimmung über die Summe der Hauptisotope durchgeführt,
um unempfindlich hinsichtlich unterschiedlicher Isotopenzusammensetzungen in Standards
und Proben zu messen.
Blindwerte und Nachweisgrenzen für die Messungen der Proben aus der Winterkampagne
Die Bestimmung der Blindwerte und der Nachweisgrenzen erfolgte im Rahmen des Gesamt-
verfahrens: Vorbereitung der Folien, Probennahme (blind), Wägung, Säuredruckaufschluss,
Probentransfer und analytische Bestimmung mit ICP-MS.
Die Blindwerte und die Nachweisgrenzen stimmen in der Größenordnung überein.
Bei den PM
B
2.5
B
-Filtern waren die Nachweisgrenzen ähnlich wie bei den Tedlar-Folien, da die
gesammelte Partikelmasse jedoch wesentlich größer war als bei den Impaktor-Proben, konn-
ten die Konzentrationen für die PM
B
2.5
B
-Proben für die meisten Elemente quantitativ bestimmt
werden.
Tabelle 1.2.1. führt die Blindwerte (Mittelwerte aus 8 Blindbestimmungen) und die Nach-
weisgrenzen (3S-Kriterium) für die analytisch genutzten Isotope bezogen auf das Luftvolu-
men auf:
Tabelle 1.2.1. Blindwerte und Nachweisgrenzen (3S-Kriterium) für Isotopenanalyse
Element Blindwert (n=8)
Tedlar-Folien
Nachweisgrenze (3S)
Tedlar-Folien
Nachweisgrenze (3S)
PM
B
2,5
B
-Filter
ng/m
P
3
P
ng/m
P
3
P
ng/m
P
3
P
V 51
0,18
0,12
0,05
Cr 53
1,96
2,9
1,2
Mn 55
1,31
1,3
1,5
Co 59
0,092
0,048
0,02
Ni 60
1,13
1,6
0,65
Cu 65
2,3
2,5
2,9
Zn 66
0,832
0,51
0,2
Cd 114
0,147
0,063
0,025
Tl 205
0,021
0,027
0,011
Pb
Σ
206,207,208
0,643 0,51 0,2

14
Blindwerte und Nachweisgrenzen für die Messungen der Proben aus der Sommerkampagne
Die Bestimmung der Folienblindwerte und der Nachweisgrenzen erfolgte im Rahmen des
Gesamtverfahrens: Vorbereitung der Folien, Probennahme (blind), Wägung, Säuredruck-
aufschluss, Probentransfer und analytische Bestimmung mit ICP-MS.
Durch die Optimierung der Probennahme und der analytischen Methode:
A
Anwendung von Abstandsringen aus Teflon im Impaktor
B
Übergang zum Mikroaufschluss
C
ICP-MS mit Mikrozerstäuber
D
Verwendung nachgereinigter Chemikalien (Wasser und Salpetersäure subboiled)
konnten die Nachweisgrenzen des Verfahrens für die Sommermesskampagne im Vergleich
zur Wintermesskampagne elementabhängig um Faktor 5 bis 80 verbessert werden,
Hierdurch wurde im Gegensatz zur Wintermesskampagne in den meisten Fällen eine Quanti-
fizierung der Elementkonzentrationen in den gesammelten Partikeln möglich,
Tabelle 1.2.2. führt die Blindwerte (Mittelwerte aus 22 Blindbestimmungen) und die Nach-
weisgrenzen (3s-Kriterium) für die analytisch genutzten Isotope bezogen auf das Luftvolumen
auf – zum Vergleich auch die Kenngrößen aus der Wintermesskampagne:
Tabelle 1.2.2. Blindwerte und Nachweisgrenzen (3s-Kriterium) für Isotopenanalyse
(mit Vergleich zu Kenngrößen der Wintermesskampagne)
Element Nachweis-
grenze (3s)
PM
B
2,5
B
-Filter
Blindwert
(n=22)
Nachweis-
grenze (3s)
Nachweis-
grenze (3s)
PM
B
2,5
B
-Filter
Blindwert
(n=8)
Nachweis-
grenze (3s)
Sommerkampagne Winterkampagne
ng/m
P
3
P
ng/m
P
3
P
ng/m
P
3
P
ng/m
P
3
P
ng/m
P
3
P
ng/m
P
3
P
V 51
0,006
0,0085
0,013
0,05
0,18
0,12
Cr 53
0,046
0,0236
0,046
1,2
1,96
2,9
Mn 55
0,15
0,0228
0,016
1,5
1,31
1,3
Co 59 0,02 0,0101 0,012 0,02 0,092 0,048
Ni 60
0,03
0,0252
0,028
0,65
1,13
1,6
Cu 65
0,04
0,0851
0,083
2,9
2,3
2,5
Zn 66 0,12 0,0895 0,089 0,2 0,832 0,51
Cd 114 0,005 0,0111 0,012 0,025 0,147 0,063
Tl 205
0,007
0,0019
0,0034
0,011
0,021
0,027
Pb
Σ206-208
0,008 0,0255 0,028 0,2 0,643 0,51
1.2.9.. Rasterelektronenmikroskopie
Die im folgenden beschriebenen Größen sind geometrische Größen. Das heißt, dass tatsächli-
che geometrische Durchmesser etc. erfasst werden, die unabhängig von der Masse und Be-
weglichkeits- oder optischen Eigenschaften von Partikeln sind. Größenverteilungen, die mit
solchen Verfahren bestimmt werden, sind deshalb nicht unmittelbar untereinander und mit
tatsächlichen geometrischen Größen vergleichbar.

15
Probenahme und Probenpräparation
Es werden unter annähernd laminaren Strömungsbedingungen Luftproben mit Gesamtvolu-
mina von 2 bzw. 3 m³ Luft durch Kernporenfilter mit einem Porendurchmesser von 0,43 μm
gezogen. Die Probenahme wurde in Intervallen durchgeführt, die über den Sammelzeitraum
für andere Analysen so verteilt waren, dass man vom Vorliegen einer mittleren, den Probe-
nahmetag charakterisierenden Belastung ausgehen kann. In Vorversuchen wurde gezeigt, dass
auch Partikel, die in ihrem größten Durchmesser kleiner als 0,43 μm sind, quantitativ auf der
Filteroberfläche niederschlagen und realistisch vergleichbare Partikelgrößenverteilungen
ermittelt werden können.
Aus den Filtern werden Teile ausgestochen und mit einer Goldschicht (Dicke 10 nm) be-
dampft. Durch Vorversuche wurde sichergestellt, dass die Partikel gleichmäßig über die dem
Luftstrom ausgesetzte Filterfläche verteilt sind.
REM und Röntgenmikroanalyse (EDX)
Von diesen Präparaten werden am Elektronenmikroskop LEO 912 ausgerüstet mit einer DSA-
Einheit Digital Scanning Attachment) Aufnahmen bei Vergrößerungen zwischen 1000x und
10000x (in Ausnahmen bis 50000x) gemacht.
Um eine hohe statistische Sicherheit zu erreichen, wurden von höheren Vergrößerungen, die
weniger Partikel im Gesichtsfeld zeigen, und von Filtern mit niedrigerer Partikelbeladung
mehr Aufnahmen gemacht und in die Auswertung einbezogen als von niedrigeren Vergröße-
rungen und von Filtern mit hoher Partikelbeladung. Diese ca. 15 (10 bis 25) elektronenmikro-
skopische Aufnahmen waren für die statistische Auswertung an einem Messtag und Standort
ausreichend.
Zur Röntgenmikroanalyse am Rasterelektronenmikroskop diente das EDX-System Oxford
ISIS. Um weitere aus der EDX-Analyse abzuleitende Hinweise zur Quellenzuordnung mit
anderen Methoden effektiv verbinden zu können, wurden von ausgewählten Probenahmeta-
gen zahlreiche Partikel unterschiedlicher Größe analysiert, so dass insgesamt die Spektren
mehrerer hundert Einzelpartikel zur Elementzuordnung zur Verfügung standen.
Bildanalyse
Die Aufnahmen wurden in einem Bildanalysesystem AnalySIS (Fa. Soft Imaging Systems)
ausgewertet, wobei größere Partikel bei kleineren Vergrößerungen und kleinere Partikel bei
größeren Vergrößerungen erfasst werden. Die Aufnahmen wurden einzeln manuell nachbear-
beitet, um fälschlich als Partikel detektierte Bildbereiche mit erhöhten Helligkeitswerten (z.B.
Porenränder) zu eliminieren und auf Grund mangelnden Kontrastes nicht erfasste Partikel zu
markieren und der Erfassung durch die Bildanalyse zugänglich zu machen.
Nach elektronischer Auswertung der Bildanalysen der Partikel wurden die Zwischenergebnis-
se in ein Tabellenkalkulationsprogramm exportiert. Dort wurden die Messwerte je nach Ver-
größerung mit unterschiedlichen Wichtungsfaktoren versehen und aus der Fläche das Volu-
men abgeschätzt, um dieses zum Vergleich mit anderen Methoden zur Verfügung stellen zu
können. Anschließend wurden die Werte in ein Statistikprogramm (Statistica) übernommen,
in dem die Endauswertung erfolgte. Erfasst wurden der kleinste , größte und mittlere Durch-
messer, der als Mittelwert von 12 jeweils im 15°-Winkel durch das Partikel ermittelten
Durchmessern bestimmt wurde, die Fläche des Partikels in der Projektion, das Volumen, der
Umfang und der Formfaktor eines jeden Partikels sowie weitere Größen. Zur Beschreibung
der Form wird der so genannte Formfaktor genutzt, der die Abweichung von der Kugel- bzw.
Kreisform angibt und bei einer Kugelform das Maximum von 1 erreicht. Er berechnet sich aus
dem Verhältnis von Umfang eines Kreises mit gleicher Fläche zu tatsächlichen Umfang des

16
Partikels in der Abbildung. In die Bildauswertung wurden jeweils cirka (300) 500 bis zu 1000
(3000) zufällig ausgewählten Partikel einbezogen.
Dargestellt sind Histogramme mit den o.g. Wichtungsfaktoren, das heißt, dass sie die tatsäch-
lichen elektronenmikroskopisch ermittelten Verteilungen widerspiegeln. Die im Abschnitt
3.6. vorgestellten Verteilungen der mittleren Durchmesser verlaufen dabei gegenüber ver-
gleichbaren Verteilungen der mit einem DMPS (DMA) ermittelten Mobilitätsdurchmesser zu
kleinen Partikeldurchmessern hin steiler (kleinste Partikel unterrepräsentiert). Ursache hierfür
ist, dass ein Teil der Partikel mit Durchmessern unter dem Porendurchmesser in bzw. durch
die Poren treten kann und nicht an der Oberfläche impaktiert. Außerdem erfasst das Bildana-
lysesystem u.U. einen Anteil der kleineren Partikel (< ca. 50 nm) nicht. Dieser Fehler wächst
mit sinkendem Partikeldurchmesser, so dass Partikel < ca. 20 nm nicht mehr repräsentativ
beschrieben wurden. Wegen der absolut wesentlich geringeren Anzahl von Partikeln mit
mittleren Durchmessern > 1μm sind die Fehler bei der Bestimmung der Anzahl solcher Parti-
kel im Allgemeinen groß.
Es ist ferner zu beachten, dass die elektronenmikroskopische Analyse unter Bedingungen des
Hochvakuums stattfinden muss. Dies führt unter Umständen zum Verlust flüchtiger Partikel-
bestandteile. Dadurch können Partikelgrößen, -formen und -zusammensetungen modifiziert
werden.
Bildanalyse der Rußpartikel
Bei der Bildanalyse der Rußpartikel wurde sinngemäß gleich vorgegangen. Zuvor wurden
jedoch in den bereits vermessenen Proben manuell die gut von Rußpartikeln unterscheidbaren
Nicht-Rußpartikel aus der Menge der zur Detektion gekennzeichneten Partikel entfernt. An-
schließend wurde wie oben beschrieben weiter verfahren. Um die i.a. kleineren Rußpartikel
zu erfassen, wurde vor allem die Vergrößerung 10000x genutzt.
Es werden unter annähernd laminaren Strömungsbedingungen Luftproben durch Kernporen-
filter mit einem Porendurchmesser von 0,43 μm gewonnen. In Vorversuchen wurde gezeigt,
dass auch Partikel, die in ihrem größten Durchmesser kleiner als 0,43 μm sind, quantitativ auf
der Filteroberfläche niederschlagen und realistische Partikelgrößenverteilungen ermittelt
werden können. Aus den Filtern werden Teile ausgestochen und mit einer Goldschicht (Dicke
10 nm) bedampft. Von diesen Präparaten werden am Elektronenmikroskop LEO 912
Ω (ausgerüstet
mit einer DSA-Einheit, Digital Scanning Attachment) Aufnahmen bei Ver-
größerungen zwischen 1000 x und 50000 x gemacht.
Die Anzahl der Aufnahmen wird so gewählt, dass eine hohe statistische Zuverlässigkeit er-
reicht wird; d.h. dass bei geringen Partikelbeladungen und hohen Vergrößerungen die Zahl
der auszuwertenden Aufnahmen entsprechend höher gewählt wird als bei hohen Partikelbela-
dungen und geringen Vergrößerungen. Die Aufnahmen werden in dem Bildanalysesystem
AnalySIS (Fa. Soft Imaging Systems) ausgewertet, wobei größere Partikel bei kleineren
Vergrößerungen und kleinere Partikel bei größeren Vergrößerungen erfasst werden. In einem
Tabellenkalkulationsprogramm werden die Zwischenergebnisse je nach Vergrößerung unter-
schiedlich gewichtet und anschließend in ein Statistikprogramm
(
Statistica
)
übernommen, in
dem die Endauswertung erfolgt.
1.2.10. Spurengasmessungen
An den Stationen IfT und Leipzig-Zentrum werden unmittelbar neben den Probenehmern für
die Partikelanalytik in gleicher Probenahmehöhe Spurengasmessungen vorgenommen. Mittels

17
automatischer Analysatoren, wie sie auch im Messnetz des LfUG eingesetzt werden, werden
die Konzentrationen der Spurengase Ozon, Schwefeldioxid, Stickstoffmonoxid und Stick-
stoffdioxid gemessen.
Da kontinuierlich strömende Außenluft über Gasmultiplexer den Messgeräten zugeführt wird,
ist die Zahl der Primärdaten für eine der Messhöhen an der Melpitzer Forschungsstation
geringer (in 10 Minuten eine Messung für eine Minute in einer von acht Höhen). Bei den hier
berücksichtigten Daten (Chemie und Meteorologie) am Standort Melpitz wurden die gleichen
Messungen quasikontinuierlich in verschiedenen Höhen über Grund durchgeführt. Die für
Messtage berücksichtigten Daten (Chemie und Meteorologie) stammen aus der Höhe 2,42 m
über Grund (außer Luftdruck und Strahlung: 2 m und Windgeschwindigkeit: 12 m).
1.2.11. Trajektorien
Für alle Probenahmetage wurden Rückwärtstrajektorien (96 Stunden, für 0:00 Uhr, 6:00,
12:00, 18:00 und 24:00 MEZ) wurden ermittelt. Sie geben für alle Probenahmetage einen
Überblick über die Herkunft der Luftmassen. Die Rückwärtstrajektorien wurden über
http://www.arl.noaa.gov/ready-bin/traj1file.pl
berechnet (NOAA, Transport Modelling and
Assesment Group – Silver Spring, MD, The Air Resources Laboratory). Auf der WEB-Seite
wird eine Auswahl für die Berechnung angeboten. Auf der folgenden Seite werden Breite und
Längegrad mit dezimalem Bruch eingegeben (z.B. Melpitz 51,53 nördliche Breite und 12,90
östliche Länge). Auf der darauf folgenden Seite werden die Eigenschaften „backward“ und
„Isentropic“ ausgewählt, der Zeitraum zurück wurde zu 96 Stunden eingegeben. Als Höhe
wurde 500 m verwendet.
1.3. Besonderheiten des Forschungsvorhabens
Partikelcharakterisierungen sind bereits häufig in wissenschaftlichen Projekten zur Erfor-
schung der Troposphäre vorgenommen worden. Die gleichzeitige Probenahme an drei Stand-
orten ermöglichte es, den Einfluss der verschiedenen anthropogenen und natürlichen Faktoren
unter Berücksichtigung der lokalen Meteorologie herauszuarbeiten. Dazu dienten neben den
Partikelmessungen auch Begleitmessungen meteorologischer Parameter und gasförmiger
Spurenstoffe.
Speziell für den Standort Melpitz existiert eine lange Messreihe von Partikeluntersuchungen
im PM
10
-Bereich (Heintzenberg et al., 1998) und seit einigen Jahren bereits im PM
2.5
-Bereich
(Spindler et al., 1999). Seit dem Jahr 1999 werden auch PM
1
-Filterproben hinsichtlich des
Ionen- und OC/EC-Gehaltes charakterisiert (Spindler et al., 2000). Die Feldmesskampagne
MINT, zur umfangreichen Partikelcharakterisierung fand 1997 in Melpitz statt.
Die Feldmesskampagne LACE zur Partikelmassenschließung fand 1998 in Lindenberg statt
(Neusüß
et al.,
2000b).

18
2. Charakteristika der Messtage
2.1. Gasförmige Spurenstoffe und meteorologische Parameter
Die Tagesgänge der Mischungsverhältnisse von fünf kontinuierlich gemessenen gasförmigen
Spurenstoffen sowie von wichtigen meteorologischen Parametern werden als Abbildungen in
den Zwischenberichten gezeigt. An dieser Stelle erfolgt eine kurze Einschätzung der
Spurengase.
Zur Beurteilung der möglichen Herkunft der gemessenen Spurenstoffkonzentrationen wurden
ihre Absolutwerte und Verhältnisse unter Berücksichtigung der Meteorologie betrachtet.
Anthropogen emittiertes NO stammt vorwiegend aus Hochtemperaturprozessen
(Automobilabgase, Abgase aus Kraftwerksschornsteinen und industriellen Prozessen) und
kann im Stadtgebiet, vor allem in Kombination mit CO, den Verkehrsemissionen
zugeschrieben werden. Frische Emissionen werden durch hohe NO/NO
2
-Verhältnisse
angezeigt, die im Laufe der Zeit durch NO-Oxidation zu NO
2
immer geringer werden.
Nach Stilllegung bzw. Modernisierung zahlreicher Braunkohlekraftwerke stammen die noch
messbaren SO
2
-Konzentrationen, ebenfalls in Kombination mit CO, vor allem aus den noch
nicht modernisierten Hausbrandanlagen und dem Ferntransport. Gemeinsamer NO-CO-SO
2
-
Anstieg deutet demnach auf eine Mischung der Quellen hin.
Die durch den Einfluss der Sonnenstrahlung angetriebene troposphärische Photochemie sollte
sich naturgemäß in den Tagesverläufen der Sommerkampagne stärker abbilden als im Winter
und zeigt sich im Anstieg der O
3
-Konzentration parallel zur Strahlungskurve, nachdem evtl.
vorhandenes NO zu NO
2
oxidiert wurde, was durch O
3
-Verlust und NO
2
-Anstieg erkennbar
wird. Schon nachts vorhandene O
3
- oder NO
x
-Sockelkonzentrationen mit niedrigen NO/NO
2
-
Verhältnissen deuten auf gealterte Luftmassen, in denen NO bereits abreagiert ist oder O
3
keinen Reaktionspartner mehr findet. Nächtliche Ozonspitzen können nicht durch lokale
Photochemie verursacht worden sein, sondern stammen aus Intrusionen oder Antransport mit
gealterten Luftmassen.
An der Station Melpitz stand bei beiden Messkampagnen kein CO-Monitor zur Verfügung.
Durch eine Fehlfunktion des NO
x
- Monitors während der Sommermesskampagne an der IfT-
Station Leipzig konnten hier nach dem 26.08.00 keine NO
x
- Mischungsverhältnisse mehr
gemessen werden, auch Messwerte aus der nahegelegenen Station des UFZ Leipzig - Halle
konnten wegen dort aufgetretener Monitorausfälle nicht verwendet werden. Die
Globalstrahlungskurven an der Station Hauptbahnhof Leipzig zeigen ab Mitte August
zwischen 12 und 16 Uhr einen starken Einbruch der Strahlungsintensität, der durch den
Schattenwurf höherer Objekte verursacht wird. Die Orientierung an der gesetzlichen
mitteleuropäischen Sommerzeit führt an bedeckungsfreien Tagen zur Ausbildung des
Strahlungsmaximums um 13 Uhr und demzufolge auch zu einem späteren Auftreten des O
3
-
Maximums.
Die mittleren O
3
-Maxima aus allen Messtagen der Winter- bzw. Sommerkampagne sind für
die Stationen am Bahnhof und am IfT sehr ähnlich (18 und 16 ppb im Winter, 34 und 36 ppb
im Sommer), während in Melpitz mit 22,5 (Winter) bzw. 43 ppb (Sommer) jeweils ein
wesentlich höherer Wert erreicht wird. Dies ist Ausdruck der zeitlichen und damit auch
räumlichen Verschiebung zwischen der Emission der Ozonvorläufer (NO
x
, flüchtige
Kohlenwasserstoffe) und der Wirkung der unter Strahlungseinfluss einsetzenden bekannten
Radikalreaktionen, die auf nichtlinearem Wege zur O
3
-Bildung führen. Die mittleren O
3
-
Maxima lagen an allen drei Stationen im Sommer etwa um den Faktor 2 höher als im Winter.

19
2.2. Größenaufgelöste Betrachtung der Partikelphase
Die vier zur Auswertung herangezogenen Stufen der Berner-Impaktoren erfassen den
Partikelgrößenbereich bis 3,5 μm Durchmesser mit Abscheidegrenzen von 0,05 / 0,14 / 0,42 /
1,2 / 3,5 μm.
Auf der ersten Stufe sammeln sich vor allem frisch emittierte kleine Partikel, die noch nicht
genügend Zeit zur Bildung größerer Teilchen durch Koagulation hatten. Dazu gehören vor
allem kleine Rußpartikel aus Verkehrsemissionen, die sich besonders auf Stufe 1 am
Hauptbahnhof (größte Quellnähe) bemerkbar machen. In den größeren Stufen finden sich
gealterte (d.h. aufgewachsene und oberflächenmodifizierte) Partikel (z.B. gealterte
Rußpartikel) gemeinsam mit Teilchen, die schon von der Quelle an größere Durchmesser
aufweisen. Hier sind vor allem der Hausbrand (haupsächliche Emission nach Quellenstudien
in der 3. Stufe) sowie Reemission von Straßenstaub (Aufwirbelung durch den fließenden
Verkehr) bzw. Krustenmaterial (Winderosion) zu nennen. Auch die durch Ferntransport über
einen längeren Zeitraum herangeführten Aerosole (z.B. auch Seesalz) lagern ihre
gewachsenen Partikel hauptsächlich in den größeren Stufen ab. Dabei muss berücksichtigt
werden, dass die mittlere Lebensdauer von Teilchen mit Durchmessern zwischen 0,05 und 3,5
μm bei etwa 4-10 Tagen liegt und bis 10μm auf etwa einen Tag zurückgeht (vgl. Abschnitt
4.1.)
Saisonale Abhängigkeiten der Quellen sind besonders beim Hausbrand gegeben, der im
Sommer komplett entfällt, während Verkehrsemissionen eher gleichmäßig über das Jahr
verteilt sind. Kraftwerke werden im Sommer mit verminderter Leistung betrieben und
emittieren dadurch weniger Partikel, stärkere biogene Emissionen sind dagegen hauptsächlich
im Sommer zu erwarten. Die Resuspension größerer Partikel dürfte im Sommer (trotz
geringerer mittlerer Windgeschwindigkeit) wegen der geringeren Feuchtigkeit stärker sein als
im Winter. Auch Aufwirbelungen gröberer Partikel durch landwirtschaftliche Aktivitäten
sollten mehr auf den Sommer konzentriert sein. Unter dem Einfluss der troposphärischen
Photochemie ist die Bildung sekundären organischen Aerosols aus gasförmigen organischen
Vorläufersubstanzen, die z.B. von Wäldern emittiert werden können, durch die Reaktion zu
schwerflüchtigen Verbindungen möglich, die auf vorhandene Partikel kondensieren.
Zur Quellenzuordnung bestimmter Partikelfraktionen müssen weitere Indikatoren
(Spurenmetalle, organische Bestandteile), die Verhältnisse (z.B. OC/EC) einzelner
Quellenbestandteile im Vergleich zu den Verhältnissen in den Partikelproben sowie die
Ergebnisse der elektronenmikroskopischen Untersuchung herangezogen werden. Dabei gilt z.
B. V als Indikator für Ölverbrennung, Zn für Reifenabrieb oder Mn für Krustenmaterial. Pb
ist zwar nur noch in geringen Mengen im Benzin vorhanden, zeigt sich aber persistent im
Straßenstaub und wird mit den gröberen Partikeln durch den rollenden Verkehr aufgewirbelt.
Organische Einzelbestandteile können über anthropogene oder biogene Herkunft aussagen,
während aus den EM-Untersuchungen Informationen über Einzelpartikel erlangt werden und
die abgeleiteten Formfaktoren Auskunft über den Alterungszustand der Partikel geben
können.

20
2.3. Tagescharakteristika
2.3.1. Wintermesskampagne
Station Leipzig-Mitte (Hbf) =
B
, Institutsdach-Plattform =
IfT
, Station Melpitz =
M
WG = Windgeschwindigkeit, WR = Windrichtung, GS = Globalstrahlung, ALK = langkettige
Alkane, PAH = Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe, CPI = Carbon Preference
Index
Messtag 22.12.1999 (Mittwoch)
Kalter Wintertag mit nördlich-maritimer Luftmassenherkunft bei lokaler S/SE-Anströmung,
geringer WG und GS.
a) Gasphase
B:
NO
x
-Sockel (NO ~ 40 ppb, NO
2
~ 25 ppb) bis 6 Uhr, dann Anstieg auf ca. 55 ppb mit
Rampe bis 9 Uhr. Keine Frühverkehrsspitze, trotzdem weitere NO-Zufuhr mit lokalen Max.
(11.30 Uhr: 99 ppb, 16.30 Uhr: 110 ppb) führt zur Abendverkehrsspitze von 139 ppb (18-19
Uhr) gleichzeitig mit CO-Max. (2,6 ppm). Schwache photochem. O
3
-Bildung beginnt nach 10
Uhr und führt zu einem Max. von 7 ppb (13-14 Uhr), danach O
3
-Abbau bis 16 Uhr auf 1-2
ppb. Nach 22 Uhr und Abfall des NO von 80 auf < 40 ppb O
3
-Rampe von 4 ppb bis
Mitternacht, NO
x
mit gleichen Mischungsverhältnissen wie bei Tagesbeginn. SO
2
-Spitze (9
ppb) um 14 Uhr.
IfT:
Gealterte Luft mit NOx-Sockel (ca. 30 ppb, NO/NO
2
~ 1) und ohne O
3
, NO-Anstieg ab 3
Uhr bis zum Max. (26 ppb) um 8 Uhr (gleichzeitig CO-Max. von 620 ppb:
Verkehrsemission), danach wieder Abfall auf 10-12 ppb. O
3
-Bildung nach 9 Uhr parallel zum
Anstieg der Globalstrahlung (schwache Photochemie) bis zum Max. von 4 ppb (12 Uhr). O
3
ab 18 Uhr völlig abgebaut, kleine NO-Spitze (ca. 20 ppb) um 21 Uhr. NOx-Sockel > 20ppb,
NO/NO
2
-Verhältnis ~ 0,5. SO
2
-Max. (ca. 20 ppb) um 13-14 Uhr.
M:
allg. geringere Konzentrationen, NO-Anstieg früh und mittags, keine Abendspitze.
Schwache photochem. O
3
-Bildung am Vormittag gefolgt von O
3
-Einbruch bei gleichzeitiger
NO
2
-Bildung (NO-Einmischung), O
3
-Nachmittagsmax. 18 ppb, starker O
3
-Abfall verbunden
mit NO
2
-Anstieg bis12 ppb gegen 20 Uhr (NO-Einmischung), SO
2
-Max. (10 ppb) etwa 19
Uhr.
b) Partikelphase
Hohe Massekonzentrationen (B > IfT > M) durch Ferntransportbeitrag: Luftmasse verweilte
24 Stunden über tschechischen bzw. polnischen Industriegebieten und strömte durch das
Elbtal an. Pb zeigt sich in M am höchsten, ebenfalls ist in M in der 3. Stufe Sulfat > Nitrat.
Dies deutet auf verkehrs- und durch individuelle Kohlefeuerung belastete gealterte Luft hin,
ebenso wie hohe TC-Werte mit beträchtlichen OC-Anteilen. Das TC-Max. in der 3. Stufe am
IfT zeigt eine Mischung von gealterten Partikeln aus Verkehrsemissionen und
Hausbrandpartikeln, deren Hauptanteil in dieser Größenfraktion emittiert wird. PAH und
ALK zeigen ebenfalls an allen 3 Stationen hohe Werte und weisen damit auf Hausbrand
(teilweise aus Ferntransport) hin. Hinweise auf Verkehrsbeteiligung an Station B liefern die
hohen EC-Werte auf Stufe 1.
Messtag 06.01.2000 (Donnerstag)
Moderater Wintertag (Frost nur in M) mit Temperaturen bis 8°C mit SW-kontinentaler
Luftmassenherkunft und lokaler S/SW-Anströmung bei geringer WG und niedriger GS.
a) Gasphase
B:
Hohe NO- und CO-Frühspitzen (73 ppb mit NO/NO
2
-Verh. > 2 bzw. 1,5 ppm), Restozon
wird abgebaut, schwache photochem O
3
-Bildung mit Max. 13 Uhr (14 ppb), SO
2
-Max. von

21
11-12 Uhr, Nachmittagsspitze für CO, SO
2
und NO ca. 16-17 Uhr mit O
3
-Min., O
3
-Anstieg
bis 22 Uhr (14ppb) kann nicht mehr photochemisch verursacht sein, wahrscheinlich
Antransport aus südl. Richtung bei steigender WG (4 m/s).
IfT:
Scharfer NO-Peak nach 2 Uhr, NO-Frühanstieg 6-9 Uhr mit NO/NO
2
-Verh.= 0,75,
Restozon verschwindet, schwache photochem O
3
-Bildung ab 9 Uhr mit ansteigender
Globalstrahlung mit Max. (13 ppb) 13-14 Uhr, O
3
-Einbruch gegen 16 Uhr wegen kleiner
Nachmittagsspitze von NO, CO und SO
2
(Verkehr und Hausbrand), lokales O
3
-Max. um 22
Uhr (11 ppb) kann nicht photochem. verursacht sein, nachts O
3
-Sockel von ca. 10 ppb.
M:
O
3
-Peak (13 ppb) von 3-4 Uhr kann nicht photochem. verursacht sein, NO-Frühspitze ca.
7 Uhr mit NO/NO
2
-Verh. > 2, schwache photochem. O
3
-Bildung nach 7 bis 15 Uhr (Max. 19
ppb), keine Nachmittagsspitze von NO oder CO, O
3
-Sockel von ca. 10 ppb.
b) Partikelphase
Unterdurchschnittliche Massekonzentrationen an allen Stationen (B > IfT > M), hohe
Nitratwerte mit Abstufung B > IfT > M auf allen Stufen (Verkehrseinfluss), TC auf allen
Stufen B > IfT > M (Verkehrseinfluss bes. in 1. Stufe), OC/EC-Verh. von 0,5 (B/Stufe 1) bis
2 (M/Stufe 3/4) deuten auf zunehmenden Hausbrandeinfluss mit weiterer Entfernung von B.
Hohe ALK- und erhöhte PAH-Werte auf den Stufen 3/4 in Melpitz weisen auch auf
verstärkten Hausbrand hin, möglicherweise auch durch Ferntransport wegen des bevorzugten
Vorkommens auf gealterten größeren Partikeln.
Messtag 12.01.2000 (Mittwoch)
Wintertag an der Frostgrenze mit Temp. bis 3°C, westlich-kontinentaler Luftmassenherkunft
mit Drehung über Tschechien und Nordbayern bei lokaler S/SW-Anströmung mit niedriger
WG und geringer GS.
a) Gasphase
B:
Ausgeprägte NO- und CO-Früh- und Nachmittagspeaks mit dazwischenliegender
schwacher photochemischer O
3
-Bildung (ca. 2 ppb/h) mit Max. nach 13 Uhr (12 ppb), Abbau
auf 2 ppb O
3
bis 16 Uhr.
IfT:
NO- und CO-Frühspitzen erst 8 Uhr, SO
2
-Spitze ca. 10 Uhr, schwache photochem. O
3
-
Bildung nach 10 Uhr, O
3
-Max. 12-14 Uhr (7ppb), bis 17 Uhr völliger Abbau, keine NO-bzw.
CO-Nachmittagsspitze, nachts NO
2
-Sockel von ca. 10 ppb.
M:
Für keine Komponente ist ein ausgeprägter Tagesgang erkennbar, gealterte Luft
(max.NO/NO
2
= 0,4) ohne Photochemie, keine frischen Emissionen reaktiver Komponenten.
b) Partikelphase
Hohe Massekonzentrationen an allen Stationen (B > IfT > M), hohe Nitratwerte mit von Stufe
1 nach 4 abnehmendem Nitrat/Sulfat-Verhältnis. Sulfat zeigt auf Stufe 4 die höchste
Konzentration aller Messtage. Die SO
2
- bzw. Sulfataufnahme erfolgte während des ca. 24-
stündigen Aufenthalts der Luftmasse über Tschechien, Sulfat ist nach dem Transport
vorwiegend auf gealterten größeren Partikeln der Stufen 3 und 4 zu finden. TC-Werte sind am
höchsten auf der 3. Stufe, was auf eine Mischung aus Hausbrand- und gealterten
Verkehrspartikeln hinweist. Die Abstufung B > IfT > M auf hohem Niveau deutet auf
Ferntransport, der durch lokale Quellen überlagert ist (OC/EC-Verh. auf den Stufen 1 und 2
liegt bei < 0,5 und deutet auf frische Verkehrsemission). Indizien für Ferntransport sind auch
hohe ALK-Konzentrationen auf den 4. Stufen an allen Stationen, ebenso PAH-
Konzentrationen auf den Stufen 2-4 mit M > IfT und B. Die höchste PAH-Konz. auf Stufe 1
am Bahnhof ist auf den lokalen Verkehrseinfluss zurückzuführen. B zeigt außerdem erhöhte
Zn-, Pb- und Ni-Werte (Digitelprobe, nicht größenaufgelöst), die mit dem Verkehr in
Verbindung gebracht werden können (z.B. Reemission von Strassenstaub, Reifenabrieb). Mn
in Melpitz könnte aus resuspendiertem Krustenmaterial stammen.

22
Messtag 23.01.2000 (Sonntag)
Frostiger Wintertag mit polarer Luftmassenherkunft (Nordatlantik, Skandinavien, Westpolen,
Lausitz) bei lokaler NE-Anströmung mit niedriger bis moderater WG (< 4 m/s) und geringer
GS.
a) Gasphase
B/Ift/M:
Keine ausgeprägten Tagesgänge der Komponenten, keine Photochemie, O
3
tagsüber
ohne starke Max. im Bereich von 20-30 ppb mit abendlichem Abbau. Nächtliche NO/CO-
Spitze (NO: 92 ppb, CO: 1,5 ppm) durch Verkehrsemission (B, 23 Uhr) bzw. NO
2
-Anstieg
(IfT ab 21 Uhr, M nach 23 Uhr) infolge Änderung der WR von NE auf NW/W. SO
2
-Peak an
allen Stationen zwischen 12.30 und 14 Uhr.
b) Partikelphase
Hohe Massekonzentration an allen Stationen (B > IfT = M), 3. Stufe am meisten belegt. Ionen
(Nitrat, Sulfat, Ammonium) zeigen auf hohen Stufen nur geringe Unterschiede,
möglicherweise Nivellierung durch Ferntransport. Nitrat ist am Bahnhof auf den Stufen 1-3
deutlich höher als an den anderen Stationen, wahrscheinlich wegen höherer NO
x
-Belastung
aus Verkehrsemissionen.
Auf den Stufen 3 und 4 zeigt sich für EC die Abstufung M > IfT > B, was auf Ferntransport
hindeutet. Am Bahnhof ist auf Stufe 4 ein sehr hoher OC-Anteil zu beobachten (OC/EC =
4,6). Da dies relativ große Teilchen betrifft, könnten gealterte EC-Partikel die Ursache sein,
an die sich (an kalten Wintertagen verstärkt vorhandene) unverbrannte Treibstoff -
Kohlenwasserstoffe adsorbiert haben. Auf Stufe 1 am Bahnhof dominiert aber weiter EC als
frische Verkehrs-Partikelemission.
Sehr hohe PAH- und oxygenierte PAH-Werte sind in M auf Stufe 3 und 4 zu verzeichnen und
deuten ebenso wie die Abstufung M > IfT > B auf Ferntransport hin. Hohe PAH-Werte am
IfT auf Stufe 1 können dem lokalen Hausbrand zugeschrieben werden. Für ALK sind keine
großen Unterschiede zu verzeichnen (Nivellierung durch Ferntransport), lediglich auf Stufe 1
zeugt die Abstufung B > IfT > M vom Einfluss des Verkehrs. Die in Melpitz beobachteten
erhöhten Metallwerte deuten ebenfalls auf Ferntransport hin.
Messtag 26.01.2000 (Mittwoch)
Frosttag mit Temperaturanstieg nachmittags bis über den Gefrierpunkt, Luftmassenherkunft
vom Nordatlantik (mit Zugbahn über Skandinavien, Mitteldeutschland, Richtungsumkehr in
Belgien) mit lokaler SW-Anströmung mit moderater bis kräftiger (4-7 m/s) WG und geringer
GS. WR erlaubt die Annahme einer Zugbahn von Leipzig nach Melpitz.
a) Gasphase
B/IfT:
Abbau des O
3
-Nachtsockels (15 bzw. 10 ppb) nach 3 Uhr durch frisches NO, bis 6 Uhr
völliger Abbau, NO-Anstieg nach 5 Uhr bis Max. um 9 Uhr (B: 54 ppb, IfT: 14 ppb), in
beiden Fällen NO
2
-Bildung durch Reaktion von NO mit O
3
, sehr geringes photochem. Max.
nach 13 Uhr (B: 7 ppb, IfT: 4 ppb), keine Nachmittagsspitzen, völliger O
3
-Abbau. CO- und
SO
2
-Anstieg früh zeitgleich mit NO, Konzentrationsrampe (CO: B = 2 ppm, IfT = 0,5 ppm) ,
abends langsamer NO- und O
3
-Abfall bei gleichzeitiger NO
2
-Rampe (B = 32 ppb, IfT = 20
ppb).
M:
keine Angaben
b) Partikelphase
Durchschnittliche Massewerte (M ca. 20% über Mittelwert), da Emissionen durch höhere WG
besser verteilt werden und Transport aus SW nach M stattfand). Hohe Ionenwerte, an allen
Stationen auf den einzelnen Stufen etwa gleiche Muster (Nitrat > Sulfat ~ Ammonium), am
Bahnhof auf Stufe 1 und 2 höhere Nitratwerte als an den anderen Stationen (höhere NO
x
-
Belastung durch Verkehr).
TC-Werte erscheinen ab Stufe 2 ziemlich nivelliert, in Stufe 1 zeigt sich noch die Dominanz
des Verkehrs am Bahnhof, aber geringer als sonst. Auf Stufe 3 wird wieder die Überlagerung

23
gealterter Partikel aus Verkehrsemissionen mit gröberen Partikeln aus Hausbrand sichtbar, die
zur Abstufung IfT > B = M führt.
PAH-Konzentrationen auf Stufe 1 am Bahnhof (B > IfT) stammen aus dem Verkehr, sonst
mehr aus dem Hausbrand. Hohe ALK-Werte am IfT (IfT > B ~ M) auf der 3. Stufe sind dem
Hausbrand zuzuschreiben.
Unter den Spurenmetallen sind Pb und Zn am Bahnhof sehr hoch, was der Resuspension von
Straßenstaub (mit Reifenabrieb) zu verdanken ist. Hohe Mn-Werte in Melpitz werden von
aufgewirbeltem Krustenmaterial hervorgerufen. Solche Reemissionen werden erst bei höheren
WG möglich, wie sie an diesem Tag anzutreffen waren.
Messtag 12.02.2000 (Sonnabend)
Wintertag über dem Gefrierpunkt mit westlicher Luftmassenherkunft (Atlantik, England,
Holland) und lokaler Anströmung aus SSW mit moderater WG und GS.
a) Gasphase
Gealterte Luftmasse mit kleinen NO/NO
2
-Verhältnissen an allen Stationen:
B:
NO/CO-Einmischungen um 1 und 3 Uhr (Verkehr), NO-Frühspitzen nach 7 und 9 Uhr,
photochem. O
3
-Bildung ab 10 Uhr mit Max. um 13 Uhr (28 ppb), kleine Abendspitze gegen
19 Uhr, O
3
-Sockel (20-25 ppb) bleibt bis in die Nacht erhalten.
IfT:
Diverse kurze NO/CO-Einmischungen bis 7 Uhr, CO/SO
2
-Plateau von ca. 9-11 Uhr
(Hausbrand), nach 10 Uhr photochem. O
3
-Bildung mit Max. um 13 Uhr (28 ppb), O
3
-Sockel
(ca. 20 ppb) bis in die Nacht, SO
2
-Spitze 18-19 Uhr (12 ppb) mit verbleibendem Sockel (ca.8
ppb).
M:
Keine NO-Frühspitze, langsamer O
3
-Anstieg bis zum Max. um 14 Uhr (29 ppb), kein
wesentlicher O
3
-Abbau, O
3
-Sockel (25 ppb) bis in die Nacht, SO
2
-Einmischungen 12-16 Uhr.
b) Partikelphase
Unterduchschnittliche Massekonzentration, die höchsten Nitratwerte sind auf Stufe 4 zu
finden (Hinweis auf gealtertes Aerosol), Sulfat ist auf allen Stufen an allen Stationen etwa
gleich, Ammonium gering. Die hohen Na-Werte auf Stufe 4 zeigen den maritimen Ursprung
der großen Partikel, bei denen das Chlorid aus dem Seesalz bereits durch Nitrat verdrängt
wurde.
Hohe OC/EC-Verhältnisse auf Stufe 4 für alle Stationen, am größten in Melpitz, deuten auf
gealtertes und modifiziertes Aerosol hin. Auf Stufe 2 und 3 ist der TC-Wert in M > IfT. Stufe
1 zeigt wieder mit B > IfT > M die Dominanz des Verkehrs am Bahnhof.
Sehr niedrige PAH-Konzentrationen, Verhältnis IfT > B auf den Stufen 2-4 wegen Herkunft
aus dem Hausbrand. ALK-Werte auf Stufe 1 und 4 am Bahnhof am höchsten, deutet auf
gealtertes Aerosol auch am Bahnhof.
Spurenmetallkonzentrationen waren alle unauffällig niedrig.
Messtag 22.02.2000 (Dienstag)
Wintertag um den Gefrierpunkt, Temperatur auf 4-6°C ansteigend, Luftmassenbewegung
zyklisch (Lausitz, Odermündung, Südschweden, Norddänemark, NW-Deutschland,
Mainlinie) mit lokaler SW-Anströmung bei geringer WG und GS.
a) Gasphase
B:
Geringe NO
x
-Werte mit NO/NO
2
-Verh. < 1, breiter Ozonpeak von 0-6 Uhr (Max. 12 ppb):
Antransport gealterter Luftmasse, schwache photochem. O
3
-Bildung nach 10 Uhr, breite
Rampe mit Max. um 15 Uhr (15 ppb), O
3
-Abbau durch kräftige NO/CO-Einmischung ab 19
Uhr (frische Verkehrsemission, NO/NO
2
-Verh. > 2), SO
2
-Spitze (7 ppb) und NO-Spitze (70
ppb) von 13-14 Uhr ohne CO-Spitze.
IfT:
NO/NO
2
-Verh. den ganzen Tag < 1 (bis < 0,1), keine scharfen NO-Emissionen, breiter
NO-Peak mit Max. von 10-11 Uhr, nach 10 Uhr schwache photochem. O
3
-Bildung mit
Max.(10 ppb) um 14-15 Uhr, langsamer Abbau, CO-Anstieg von 5-8 Uhr mit scharfem

24
Abbruch (Verkehr), nach 9 Uhr CO/SO
2
-Verläufe gleichsinnig (Hausbrand), nachts NO
2
-
Sockel (10 ppb).
M:
NO/NO
2
-Verh. den ganzen Tag < 1 (bis < 0,1), keine NO-Emissionen, breite O
3
-Rampe
zwischen 4 und 8 Uhr (bis 17 ppb), tagsüber keine wesentliche O
3
-Bewegung, O
3
-Sockel
ca.15 ppb, kleines SO
2
-Max.gemeinsam mit NO
2
-Max.(7 ppb) um 15 Uhr.
b) Partikelphase
Durchschnittliche Massekonzentration, für Ionen (Nitrat, Sulfat, Ammonium) auf Stufe 1 B >
IfT > M, auf den Stufen 2-4 kaum Stationsunterschiede. Stufe 3 wesentlich höher (Faktor 5-
10) als die anderen (gealtertes Aerosol gemeinsam mit Hausbrandpartikeln).
TC am Bahnhof » IfT und M auf Stufe 1 (Verkehrsdominanz), auf Stufe 3 B > IfT < M.
PAH- und ALK-Konzentrationen (Abstufung B > IfT > M) bleiben ebenso wie die Metalle
bei unauffällig niedrigen Konzentrationen.
Der Tag war geprägt von lokalen Verkehrs- und Hausbrandemissionen.
Messtag 26.02.2000 (Sonnabend)
Milder Wintertag mit Temperaturanstieg auf 6-9°C und Luftmassenherkunft vom Atlantik
(Zugbahn über Mittelengland, Holland, Westdeutschland) mit lokaler SW-WSW-Anströmung
bei geringer WG und moderater GS.
a) Gasphase
B/IfT/M:
Gealterte Luftmasse mit NO/NO
2
-Verh. < 1 bis < 0,1 und Sockel-Ozon (ca.10-20
ppb), keine Frühspitzen, SO
2
-Max. (B: 8, IfT: 19 ppb) ca. 9-10 Uhr (Hausbrand), schwache
photochem. O
3
-Bildung mit Max. 14-16 Uhr (B: 24, IfT: 28, M: 27 ppb), nur bei B NO/CO-
Einmischung nach 15 Uhr (Verkehr), abends gegen 19 Uhr NO/CO_Einmischung in B und
IfT (Verkehr), danach Überlagerung durch breite NO/CO-Peaks (B: NO > 200 ppb, CO > 3,8
ppm; IfT: NO = 20 ppb, CO = 1 ppm) wegen Winddrehung nach Süden mit mehr konta-
minierter Stadtluft, dadurch O
3
-Abbau und NO
2
-Sockel (B: 30 ppb, IfT: 11 ppb, M: 4 ppb).
b) Partikelphase
Hohe Massekonzentration an den Stationen B und IfT, durchschnittliche in M. Hohe Werte
für Ionen auf allen Stufen, Nitrat bes. auf Stufe 4 sehr hoch im Vergleich mit den anderen
Ionen. Auf Stufe 4 sind die höchsten Konzentrationen aller Messtage zu finden, was auf
gealtertes Aerosol hinweist, die hohen Nitratwerte könnten mit einer Kontamination des
Luftpakets über Holland erklärt werden. Auf den Stufen 1 und 2 ist die Abstufung B > IfT >
M zu finden, während auf Stufe 3 an allen Stationen fast gleiche Konzentrationen auftreten.
TC-Werte sind nicht auffällig, auf allen Stufen B > IfT > M. Auf Stufe 1 am Bahnhof
kleinstes gemessenes OC/EC-Verhältnis (0,08), weist auf die Dominanz der EC-Partikel-
emission durch den Verkehr hin. Möglicherweise wird bei höheren Temperaturen der
Treibstoff besser verbrannt, so dass geringere Mengen als unverbrannter OC emittiert werden.
Auf Stufe 4 in Melpitz wurde ein hoher OC-Anteil (größtes gemessenes OC/EC-Verh. von
11,2) festgestellt. Diese gealterten größeren Partikel haben wahrscheinlich beachtliche
Mengen organischer Komponenten aus der Gasphase aufgenommen und dadurch auch ihre
Oberfläche modifiziert.
PAH-Konzentrationen sind unauffällig, nur auf Stufe 1 am Bahnhof sehr hoch (Verkehr).
Hohe ALK-Werte zeigen sich auf Stufe 4 am Bahnhof (OC/EC = 1). Die Metalle Cr, Mn, Cu
werden am Bahnhof mit den höchsten Konzentrationswerten gefunden.
Messtag 06.03.2000 (Montag)
Milder Wintertag mit Temperaturanstieg bis 8-10°C und Luftmassenherkunft vom
Nordatlantik (Zugbahn Island, England, Nordfrankreich/Belgien, Mainlinie) mit lokaler SW-
Anströmung bei moderatem bis kräftigem Wind (WG-Max. 10 m/s) und moderater GS.

25
a) Gasphase
B:
Gealterte Luftmasse mit NO/NO
2
-Verh. < 0,5 und Sockel-Ozon (ca. 20 ppb), NO
x
-
Einmischung und O
3
-Abbau nach 5 Uhr, breite NO
x
-Rampe mit lokalen Spitzen bis 19 Uhr,
NO/NO
2
-Verh. meist > 1, zögerliche photochem. O
3
-Bildung nach 8 Uhr mit breitem Max.
(30 ppb) von 12-16 Uhr, kein wesentlicher Abbau, nächtlicher O
3
-Sockel von ca. 30 ppb, CO-
Spitze ca.17 Uhr (860 ppb) zeitgleich mit kleiner NO-Spitze (Verkehr), SO
2
zwischen 14 und
18 Uhr gering erhöht (3-4 ppb).
IfT:
Gealterte Luftmasse mit sehr kleinem NO/NO
2
-Verh. und ca. 15 ppb Sockel-Ozon,
NO/CO-Einmischung mit NO
2
-Bildung unter O
3
-Abbau nach 5 Uhr, CO-Rampe bis 8 Uhr,
langsame photochem. O
3
-Bildung nach 8 bis 15 Uhr (Max. 30 ppb), kein wesentlicher O
3
-
Abbau, nächtlicher O
3
-Sockel 25-30 ppb, SO
2
-Max. 16-17 Uhr (13 ppb).
M:
Gealterte Luftmasse mit sehr kleinem NO/NO
2
-Verh. und ca.20 ppb Sockel-Ozon, NO-
Einmischung nach 6 Uhr, gleichzeitig NO
2
-Bildung unter O
3
-Abbau, O
3
-Abbau wird
überkompensiert durch beginnende photochem. O
3
-Bildung mit Max. 14-15 Uhr (36 ppb),
kein wesentlicher O
3
-Abbau bis Mitternacht, O
3
-Sockel um 30 ppb, kleines SO
2
-Max. um 12
Uhr.
b) Partikelphase
Sehr geringe Massekonzentrationen, da hohe WG gute Durchmischung bewirkt und Zugtage
des Luftpakets über Land auf das Wochenende fielen. Ionenwerte zeigen kaum Unterschiede
an den Stationen, die Abstufung ist Nitrat > Sulfat > Ammonium.
Kleines OC/EC-Verhältnis am Bahnhof (0,36) zeigt überwiegend frische EC-Partikelemission
durch Verkehr. Größere Partikel auf Stufe 4 sind gealtert und weisen höhere OC/EC-Verhält-
nisse (3- > 4) auf.
PAH- und ALK-Konzentrationen liegen sehr niedrig und zeigen auch keine auffälligen
Abstufungen zwischen den Stationen. Hohe Mn-Werte auf Stufe 4 deuten auf erhöhte
Reemission von Krustenmaterial, bedingt durch die hohe WG.
2.3.2. Sommermesskampagne
Station Leipzig-Mitte (Hbf) =
B
, Institutsdach-Plattform =
IfT
, Station Melpitz =
M
WG = Windgeschwindigkeit, WR = Windrichtung, GS = Globalstrahlung, ALK = langkettige
Alkane, PAH = Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe, CPI = Carbon Preference
Index
Messtag 28.06.2000 (Mittwoch)
Kühler, bedeckter Sommertag mit Luftmassenherkunft aus dem Nordatlantik (NW-maritim)
und Zugbahn über Holland/NW-Deutschland mit lokaler W-Anströmung bei geringer WG
und fluktuierender GS.
a) Gasphase
B:
O
3
-Sockel von 15 ppb bei NO
x
-Werten von ca. 40 ppb (NO/NO
2
-Verhältnis ca. 1) wird bis
4 Uhr abgebaut, ausgeprägte NO(160 ppb)-CO(860 ppb) - Frühverkehrsspitze um 7 Uhr, NO
bleibt bis zum späten Nachmittag auf einem Niveau um 100 ppb (wird also durch
Verkehrsemission immer wieder nachgeliefert), NO
2
bewegt sich zwischen 20 und 30 ppb.
O
3
-Neubildung setzt ca. 8 Uhr mit ansteigender Sonnenstrahlung ein, die O
3
-Konzentration
erreicht 14 Uhr nur ein geringes Max. von 19ppb (keine hohen Strahlungswerte, laufender
NO-Nachschub), das bis Mitternacht nur bis zu einem Sockelbetrag von 12 ppb abgebaut
wird. CO - Max. um 10, 14-16 und 20 Uhr deuten auf weitere Verkehrsspitzen am
Hauptbahnhof hin. Für SO
2
liegen keine Werte vor.

26
IfT:
Gealterte Luft mit O
3
-Sockel von 20 ppb und NO/NO
2
-Verhältnis < 0,5. O
3
-Sockel wird
bis 5 Uhr abgebaut, NO-Verkehrsemission ab 4 Uhr (Spitze 7 Uhr zeitgleich mit CO-Spitze)
führt zu starkem O
3
-Verlust und Anstieg des gebildeten NO
2
mit Max. (12 ppb) um 7 Uhr.
Danach NO
2
-Abbau bis ca. 10 Uhr unter gleichzeitiger Ausbildung eines O
3
-Niveaus von ca.
25 ppb (schwaches Max. von 28 ppb um 17 Uhr), das bis Mitternacht nur auf 20 ppb
zurückgeht. NO
x
-Werte bleiben im Bereich von 1-3 ppb. Zwischen 15 und 19 Uhr baut sich
eine SO
2
-Konzentration von bis zu 17 ppb auf, die schlagartig wieder verschwindet. Da keine
auffälligen Änderungen von Windrichtung und -stärke erkennbar sind, könnten lokale
Quellen und/oder Schichtungsphänomene als Ursache in Frage kommen. Zwischen 22 und 23
Uhr ist eine CO-Spitze > 300 ppb zu verzeichnen, die dem Verkehr auf einer stark befahrenen
angrenzenden Straße zugeschrieben werden kann.
M:
Gealterte Luft mit O
3
-Sockel von 15 ppb und NO/NO2-Verhältnis von < 0,5. Bis 6 Uhr
Rückgang des O
3
-Sockels auf 5 ppb, danach Anstieg durch photochemische Bildung bis auf
das Max. von 37 ppb nach 15 Uhr. Geringe NO
x
-Konzentrationen (0-2 ppb), NO
2
-Max. um 7
Uhr bei 4 ppb. O
3
-Sockel um 24 Uhr bei 28 ppb. Für SO
2
liegen keine Werte vor.
b) Partikelphase
Leicht unterdurchschnittliche Masse, besonders an Station IfT (-45%). Langer Weg über
Meeresoberfläche bewirkt hohe Natrium- und Chloridwerte (Seaspray). Auf den Stufen 1-3 ist
die Abstufung an allen Stationen Sulfat > Ammonium > Nitrat (vgl. Diskussion über
Nitratverluste im Sommer), auf Stufe 4 ist die Reihenfolge Nitrat > Sulfat > Ammonium zu
beobachten. Auf diesen gealterten Aerosolteilchen ist durch verschiedene Prozesse während
des Transports (Diskussion a.a.O., Hinweis auf photochem. Prozesse) ein Teil des
ursprünglich vorhandenen Chlorids durch Nitrat verdrängt worden.
TC-Differenzen zwischen B und den anderen Stationen sind besonders auf Stufe 1, aber auch
auf den anderen Stufen sehr hoch (B » IfT > M), was auf dominierende Verkehrsemissionen
am Bahnhof hinweist und außerdem durch den im Sommer fehlenden Hausbrandanteil
verursacht ist. Der auf Stufe 4 beobachtete erhöhte OC-Anteil (OC/EC-Verh. Stufe 3: B = 0,4;
IfT = 0,8; M = 2,6 und Stufe 4: B = 1; IfT = 4,2; M = 8,5) ist möglicherweise auf absobierte
organische Verbindungen an der Oberfläche gealterter Partikel zurückzuführen. Der
besonders hohe Wert in Melpitz könnte auf teilweise biogenen Ursprung des OC deuten.
PAH sind am Bahnhof auf den Stufen 1 und 2 erhöht, ALK zeigen auf den Stufen 2 und 3
Max.-werte. Der CPI unterstützt mit Werten von 2,5 am Bahnhof und 5 in Melpitz die
Annahme biogener Beteiligung am OC-Anteil.
Metallwerte sind auf allen Stufen am Bahnhof hoch (anthropogene Quellen), IfT und M eher
unauffällig. Mn zeigt höchste Konzentrationen aller Messtage auf Stufe 4, was auf
Reemission gröberer Teilchen schließen lässt.
Messtag 19.07.2000 (Mittwoch)
Kühler, bedeckter Tag mit Luftmassenherkunft über Atlantik und Nordsee, Nordholland,
Deutschland mit lokaler Westanströmung bei moderater WG (abends ansteigend) und
geringer GS.
a) Gasphase
B:
O
3
-Anstieg von 7 auf 17 ppb von 0-4 Uhr kann durch Intrusion verursacht sein und
vermindert die vorhandene NO-Konzentration von 30 auf 5 ppb. Danach wieder NO-Anstieg
(Frühverkehr) mit gleichzeitigem O
3
-Abbau bis 6 Uhr, gefolgt von photochemischer O
3
-
Produktion bis 10 Uhr (ca. 20 ppb). Strahlungs- und O
3
-Abfall bis 17 Uhr, NO- (Max. 116
ppb, NO/NO
2
-Verh. 4,8) und CO-Spitze (Max. 1,1 ppm) von 16-20 Uhr (Abendverkehr). Der
steile O
3
-Anstieg von 5 auf 18 ppb innerhalb einer Stunde nach 20 Uhr kann keinen
photochemischen Ursprung haben. Da gleichzeitig die Windgeschwindigkeit von 2 auf 4 ms
-1
steigt, ist Antransport aus westlicher Richtung wahrscheinlich. O
3
bleibt als Sockel in dieser
Höhe bestehen.

27
IfT:
O
3
-Sockel von 13 ppb bricht um 6 Uhr auf 7ppb ein (wahrscheinlich NO-Frühspitze,
jedoch keine Messwerte), gleichzeitig CO-Anstieg (> 300 ppb, Verkehrsspitze) und SO
2
-
Spitze (15 ppb, Heizung?). Schneller Konzentrationseinbruch nach 7 Uhr, wahrscheinlich
durch Auflösung der morgendlichen Schichtung. Einsetzende Sonnenstrahlung bringt die
photochemische O
3
-Bildung langsam in Gang, nach Max. (20 ppb) vor 10 Uhr erfolgt
kontinuierlicher Abbau bis 16 Uhr (4 ppb). Nach 21 Uhr Aufbau eines O
3
-Sockels von 18
ppb, wahrscheinlich durch Antransport mit auffrischenden Westwind bis 6 ms
-1
.
M:
Gealterte Luft mit O
3
-Sockel (20 ppb) und kleinem NO/NO
2
-Verhältnis wird ab 8 Uhr
durch steigende Windgeschwindigkeit (ca. 6 ms
-1
) stärker durchmischt, so dass NO
2
auf 1 ppb
abfällt. O
3
-Anstieg durch schwache Photochemie bis ca. 10 Uhr, danach kontinuierlicher
Abfall bis 19 Uhr. Nach 22 Uhr Aufbau eines O
3
-Sockels von 22 ppb, wahrscheinlich durch
Antransport mit frischem Westwind. Die O
3
-Konzentration fällt um etwa 20% höher aus als
im urbanen Gebiet, da keine Quelle für frisches NO in der Nähe ist.
b) Partikelphase
Massekonzentration unterdurchschnittlich, bei Ionen Sulfat an allen Stationen auf Stufe 1 und
2 mit hohen Werten, was auf Ferntransport von maritimem Sulfat hindeutet. Die Abstufung B
> IfT > M für Sulfat auf Stufe 1 weist auch auf lokale Überlagerung hin. Die Abstufungen auf
Stufe 3 (Ammonium > Sulfat > Nitrat) und Stufe 4 (Nitrat > Chlorid > Sulfat = Natrium >
Ammonium) deuten auf Ferntransport, wobei der Natriumchloridgehalt auf Stufe 4 Seesalz-
partikel anzeigt, aus denen wegen des kurzen Landwegs der Luftmasse und der schwachen
Photochemie das Chlorid noch nicht völlig ausgetauscht wurde.
OC/EC-Werte sind nicht auffällig mit Abstufung B > IfT > M, dabei auf Stufe 1 B » IfT und
auf Stufe 4 IfT = M. Hohe Werte am Bahnhof auf Stufe 1 zeigen frische Verkehrsemissionen,
hohe OC-Werte auf Stufe 4 deuten auf absorbierte organische Verbindungen auf älteren auf-
gewachsenen Partikeln.
PAH-Werte sehr niedrig, ALK-Werte sind in Melpitz auf Stufe 4 hoch (möglicherweise grobe
Partikel aus Pflanzenabrieb). Der CPI liegt an allen Stationen auf Stufe 4 weit über 1, was auf
biogene Beteiligung hindeutet. Der höchste Wert der Sommerkampagne auf Stufe 1 am
Bahnhof dürfte dagegen anthropogen (Verkehr) verursacht sein.
Die gefundenen Metallkonzentrationen sind eher unauffällig gering. Am Bahnhof auf Stufe 3
finden sich erhöhte Ni- und Zn-Werte, am IfT sind auf Stufe 1 erhöhte Ni-, Cu- und Zn-Werte
zu beobachten.
Messtag 30.07.2000 (Sonntag)
Kühler Sommertag mit Luftmassenherkunft aus NW (England, Nordsee, Holland) bei lokaler
Anströmung aus W mit geringer WG und moderater GS.
a) Gasphase
B:
Ruhige Luftmasse mit O
3
-Sockel von ca. 15 ppb und NO
x
-Werten von 30-50 ppb
(NO/NO
2
-Verh. = 1- 1,3), keine Frühverkehrsspitze. Nach 9.30 Uhr ansteigende NO-
Konzentration mit kurzfristigem O
3
-Abfall, danach langsame photochemische O
3
-Bildung bis
zum Max. (38 ppb) um 15 Uhr. Danach langsamer Abbau (lokales Min. um 18.30 Uhr
gleichzeitig mit lokalem NO-Max.) bis 23 Uhr auf 4 ppb. Spätspitzen um 23 Uhr mit NO-
(127 ppb) und CO-Max. (1,5 ppm) durch erhöhtes Verkehrsaufkommen nach Ende des Tina
Turner Konzerts.
IfT:
Keine Frühverkehrsspitze, O
3
-Sockel von ca. 20 ppb steigt ab 8 Uhr durch langsame
photochemische O
3
-Bildung bis auf ein Max. von ca. 45 ppb an, danach kontinuierlicher
Abbau auf einen Sockelbetrag von 30 ppb um Mitternacht. SO
2
-Spitzen von bis zu 12 ppb um
ca. 9, 11 und 20 Uhr. Nach 21 Uhr CO-Spitze (300 ppb) wahrscheinlich aus
Verkehrsemissionen.

28
M:
Gealterte Luftmasse mit 10-20 ppb O
3
-Sockel und geringen NO
x
-Werten mit kleinem
NO/NO
2
-Verhältnis, die O
3
-Konzentration steigt nach 9 Uhr durch photochemische O
3
-
Bildung langsam an bis zum Max. von 50 ppb um 15.30 Uhr. Nach kurzem Rückgang erfolgt
weiterer O
3
-Anstieg bis zum Max. von ca. 60 ppb um 19.30 Uhr. Danach setzt schneller
Abbau bis auf 8 ppb um Mitternacht ein. Nach 21.30 Uhr setzt ein NO-Anstieg auf bis zu 10
ppb ein, vermutlich unterstützt durch die seit 18 Uhr zunehmende Windstille.
b) Partikelphase
Hohe Massewerte an allen Stationen (bis 80% über Durchschnitt), auch Ionenmassen sehr
hoch mit Abstufung B > IfT > M. Die Abstufungen auf den einzelnen Stufen sind
folgendermaßen: Stufe 1: Sulfat > Ammonium > Nitrat, Stufe 2: Ammonium > Sulfat >
Nitrat, Stufe 3: Ammonium > Sulfat > Nitrat (höchster Ammoniumwert aller Tage), Stufe 4:
Ammonium = Nitrat > Sulfat. Dies deutet klar auf einen Ferntransport aus Holland hin.
Hohe TC-Konz. auf Stufe 4, höchster Wert aller Messtage in Melpitz (gealtertes Aerosol).
Auf Stufe 1 am Bahnhof 10 (IfT) bis 20 (M)-facher EC-Wert der anderen Stationen, sehr
starker Verkehrseinfluss am Bahnhof, OC-Anteil auf den größeren Stufen zunehmend (Stufe
1: OC/EC = 0,2; Stufe 4: OC/EC = 1). Auf den Stufen 2 und 3 finden sich höhere OC/EC-
Verhältnisse am IfT und in Melpitz als am Bahnhof. Dies lässt auf Ferntransport mit lokaler
anthropogener Überlagerung schließen.
PAH-Werte eher unauffällig, am Bahnhof auf Stufe 4 erhöhte Werte (Abstufg. B > IfT > M).
Bei ALK CPI am Bahnhof klein, in Melpitz noch geringer, was auf hohen anthropogenen
Anteil deutet.
Metallwerte sind auf Stufe 1 eher unauffällig, auf den höheren Stufen finden sich hohe Werte
von V (Indikator für Ölverbrennung), Ni, Zn (Indikator für Reifenabrieb), Cu, Pb (Verkehr)
und Mn (Indikator für Reemission von Krustenmaterial). Auch dies spricht für Ferntransport
von gealtertem Aerosol mit einem lokalen Beitrag.
Messtag 01.08.2000 (Dienstag)
Heißer Sommertag (Max.-Temp. 28-31°C) mit kräftiger Sonneneinstrahlung und starker
photochemischer Ozonbildung. Luftmassenherkunft aus NW (Irland, England, Holland) mit
lokaler SSW-Anströmung bei geringer WG und kräftiger GS.
a) Gasphase
B:
Restozon (20 ppb) wird durch frisches NO (ca. 50 ppb) aus Verkehrsemission (gleichzeitig
CO-Spitze von 430 ppb) ab 2Uhr restlos abgebaut. Ab 4 Uhr Frühverkehrsspitze mit Max.
nach 5 Uhr (NO: > 200 ppb, CO > 1,1 ppm). Beginn der photochemischen O
3
-Bildung nach 8
Uhr mit einsetzender Sonnenstrahlung. Kein ausgeprägtes Max., durch frisches NO immer
wieder O
3
-Verluste (Verkehrsspitze mit lokalen NO- und CO-Max. um 16 Uhr). O
3
-Max (50
ppb) um 15.30 und 19 Uhr. Danach rascher Abbau durch neue Abendverkehrsspitzen (CO bis
950 ppb um 21 Uhr), NO reagiert mit O
3
, NO
2
steigt auf bis zu 50 ppb. O
3
-Sockel bleibt mit
20 ppb.
IfT:
Restozon (20 ppb) verschwindet vollständig bis 4h, CO-Frühverkehrsspitze (580 ppb)
um 5.30 Uhr, photochemische O
3
-Bildung setzt nach 8 Uhr ein. Anstieg um ca. 10 ppb/h bis
Mittag, O
3
-Max. (54 ppb) um 18 Uhr. Nach 20 Uhr Abbau bis auf 13 ppb innerhalb von 2
Stunden.
M:
Kein Nachtozon, NO-Max. (9 ppb, NO/NO
2
> 5) im 2-Stunden-Takt (2/4/6 Uhr) aus
lokalen Quellen (Windgeschw. < 1 ms
-1
), lokales NO
2
-Max. (5 ppb, NO/NO
2
= 0,4) um 8 Uhr
mit Beginn der photochemischen O
3
-Bildung. O
3
-Anstieg von ca. 10ppb/h bis Mittag, danach
langsamer bis zum Max. (67 ppb) um 18 Uhr. NO
2
-Anstieg um 20 Uhr verbunden mit O
3
-
Abbau als Folge frischer NO-Emissionen, die erst nach 21 Uhr messbar werden. O
3
-
Rückgang bis auf 6 ppb. NO
x
-Sockel 12 ppb mit NO/NO
2
-Verh. 0,7.

29
b) Partikelphase
Massekonz. für Stationen Ift und M durchschnittlich, für Station B stark vermindert (nur ca.
40% im Vergleich zum Digitel-Sammler), wahrscheinlich durch Wägefehler. Bei den Ionen
ist die Abstufung Sulfat > Ammonium > Nitrat mit IfT > M.
Am Bahnhof steigendes OC/EC-Verh. von Stufe 1 bis 4, auf Stufe 1 ist der TC-Gehalt von B
» IfT ~ M (dominierender Verkehrsanteil). Die höheren OC-Gehalte an den Stationen IfT und
M auf den höheren Stufen könnten biogenen Ursprung haben, da auch bei der ALK-
Bestimmung hohe CPI-Werte (bes. am IfT) festgestellt wurden, die auf biogene Beteiligung
hindeuten. OC/EC kann an diesem Tag nicht durch Hausbrand verursacht sein.
Metalle insgesamt eher unauffällig, am IfT auf Stufe 2 erhöhte Mn-Werte. Herausragend sind
die absoluten Spitzenkonzentrationen aller analysierten Metalle auf Stufe 1 am Bahnhof, die
bis zu drei Größenordnungen höher liegen als an anderen Tagen. Da in der analytischen
Prozedur keine Fehler festgestellt werden konnten, bleiben als weitere Möglichkeiten eine
punktuelle Kontamination von Stufe 1 oder die unmittelbare Nähe einer starken Quelle für
Metalldämpfe (thermische Prozesse wie z.B. Schweißen von Straßenbahnschienen), die zu
feinen Partikeln kondensieren und in Stufe 1 erscheinen. Letztlich bleibt die Ursache der
Maximalwerte jedoch ungeklärt.
Messtag 16.08.2000 (Mittwoch)
Heißer Sommertag mit NW-Luftmassenherkunft (Atlantik, Biskaya, Frankreich) bei lokaler
SW-Anströmung bei zunächst geringer, nachmittags auffrischender aber wieder
zurückgehender WG (bis 6 m/s) und kräftiger GS.
a) Gasphase
B:
Ruhige Luftmasse mit ca. 15 ppb O
3
und 30 ppb NO
x
(NO/NO
2
~ 1), nach 5 Uhr Beginn
der NO/CO-Frühverkehrsspitze (NO: 123 ppb, CO: 600 ppb) mit O
3
-Tiefpunkt um 6 Uhr bei
3 ppb. Beginn der photochemischen O
3
-Bildung nach 7 Uhr, Anstieg bis zum Max. (41 ppb)
um 14 Uhr unterbrochen von kleinen Rückgängen durch NO-Einmischungen (NO/NO
2
> 2).
O
3
-Rampe um 35 ppb bis 18.30 Uhr, danach Abfall auf 8 ppb. Nach 19 Uhr Abendverkehr
mit NO/CO-Spitze (NO: 90ppb, CO: 2,15 ppm), nochmals um 23 Uhr (NO: 103 ppb, CO:
2,67 ppm), dadurch O
3
-Rückgang auf 1 ppb.
IfT:
Abbau des Sockelozons (ca. 15 ppb) bis 7 Uhr, danach langsame photochemische O
3
-
Neubildung (ca. 4 ppb/h) bis zum Max. von 38 ppb um 17 Uhr. O
3
-Abbau nach 20 Uhr bis
auf 6 ppb um Mitternacht. CO-Einmischungen (Verkehr) vor 3 , um 7 und nach 21 Uhr. SO
2
-
Spitzen nach 10 Uhr (11 ppb) und nach 15.30 Uhr (21 ppb).
M:
In gealterte Luftmasse mit ca. 15 ppb Sockelozon und 4 ppb NO
x
(NO/NO
2
< 0,25) wird
durch Frühverkehr nach 5 Uhr frisches NO eingemischt (NO: 7 ppb, NO/NO
2
: 1,75),
photochemische O
3
-Bildung setzt nach 7 Uhr moderat ein (ca. 6 ppb/h) und setzt sich
nachmittags langsamer fort bis zum Max. um 18 Uhr (48 ppb). Danach Abbau bis auf 4 ppb
um Mitternacht.
b) Partikelphase
Massekonz. etwas über Durchschnitt, an Station M ca. 30%. Abstufung der Ionen an allen
Stationen auf Stufe 4: Nitrat > Sulfat > Ammonium (gealtertes Aerosol), Stufe 3: Sulfat >
Nitrat > Ammonium bzw. auf Stufe1 und 2: Sulfat > Ammonium > Nitrat. Chlorid ist durch
vollständige Verdrängung nicht mehr zu finden, dies ist das Ergebnis des langen
Landaufenthalts der ursprünglichen Seeluftmasse unter starker Sonneneinstrahlung mit
photochemischer HNO
3
-Bildung. Die High-Volume-Digitel-Proben zeigen deutlich
niedrigere Nitratwerte, dieses Problem bei der Probenahme volatiler Verbindungen im
Sommer (Gleichgewichtslage zur Gasphase verschoben, Volatisierung von schon
gesammelten Partikeln durch den großen Luftstrom bei höheren Temperaturen) wird a.a.O.
diskutiert. Beim Vergleich nichtflüchtiger Komponenten (Sulfat) stimmen die Werte dagegen
besser überein.

30
Auf Stufe 3 ist die höchste Ionenkonz. aller Messtage zu finden, dabei ist keine Abstufung der
Stationen erkennbar.
TC-Werte auf Stufe 1 und 2 mit der Abstufung B > IfT > M, dabei am Bahnhof wenig OC
(OC/EC < 1), am IfT und in Melpitz OC/EC > 1. Auf der Stufe 4 ist TC in Melpitz höher als
am IfT. Die im Vergleich zum Bahnhof auf Stufe 3 und 4 höheren OC-Werte am IfT und in
Melpitz könnten biogenen Ursprungs sein.
PAH-Werte am Bahnhof zeigen hohe Konzentrationen, ebenso oxygenierte PAH, die durch
photochemische Reaktionen entstanden sind. ALK sind auch in hohen Konzentrationen auf
Stufe 3 am IfT und in Melpitz zu finden. Weiterhin ist der hohe CPI auf Stufe 4 an allen
Stationen etwa gleich, was auf einen biogenen Anteil hinweist.
Erhöhte Metallwerte finden sich an allen Stationen, am Bahnhof auf Stufe 4 bes. Zn und Ni
(Reemission von Strassenstaub durch fließenden Verkehr), auf Stufe 3 Zn und Cu, auf Stufe 2
Co, Ni, Cu Zn. Mn-Werte auf Stufe 3 und 4 am IfT und in Melpitz können der Reemission
von Krustenmaterial zugeschrieben werden, die durch erhöhte WG am Nachmittag verursacht
sein könnte.
Messtag 19.08.2000 (Sonnabend)
Heißer Sommertag mit wechselnder Wolkenbedeckung, Luftmassenherkunft aus SW nur über
Land (Spanien, Frankreich, Süddeutschland) bei lokaler SSW-Anströmung, geringer WG und
variabler GS.
a) Gasphase
B:
In gealterte Luft mit ca. 20 ppb O
3
und 30-50 ppb NO
x
(NO/NO
2
~ 1) wird ab 6 Uhr
frisches NO (Frühverkehr) eingemischt (NO: 60 ppb, NO/NO
2
~ 2). NO-Abbau bis ca. 10
Uhr, daher kein O
3
-Anstieg. Nach erneuter NO/CO-Einmischung (NO: ca. 60 ppb) mit O
3
-
Tiefstand (8 ppb) um 10.30 Uhr setzt starke photochemische O
3
-Bildung (ca. 15 ppb/h) bis
zum lokalen Max. von 39 ppb ein. Nach Konzentrationseinbrüchen durch weitere NO/CO-
Einmischungen durch Verkehrsspitzen wird das O
3
-Max. mit 47 ppb um 18.30 Uhr erreicht.
Der Abbau bis auf 3 ppb um Mitternacht wird beschleunigt durch starke NO/CO-
Verkehrsemissionen nach 22 Uhr.
IfT:
Ozonsockel um 15 ppb bleibt bis nach 12 Uhr erhalten, erst danach setzt starke
photochemische O
3
-Bildung (ca. 13 ppb/h) ein. Nach Erreichen von 32 ppb bildet sich eine
Rampe über mehrere Stunden, die in einem Max. von 36 ppb (18.30-19.30 Uhr) kulminiert.
Langsamer Rückgang bis auf 20 ppb um Mitternacht. CO-Spitzen (meist < 300 ppb) aus
Verkehrsemissionen sind über den ganzen Tag verteilt (kein Arbeitstag) und führen durch
gleichzeitige NO-Spitzen (nicht registriert) zu kleineren O
3
-Verlusten.
M:
NO-Einmischungen gegen 3 Uhr und von 5-7 Uhr zerstören Restozon vollständig,
photochemische O
3
-Bildung setzt gegen 8 Uhr mit wechselnder Stärke (im Mittel ca. 7 ppb/h)
bis zur Rampenhöhe von 44 ppb ein. Rampe bleibt über 5 Stunden erhalten (Max.45 ppb um
18 Uhr) und wird dann unter dem Einfluss von weiteren NO-Einmischungen nach 19 Uhr bis
auf 5 ppb um Mitternacht abgebaut. Zwischenzeitliches Max. von ca. 30 ppb O
3
vor 21 Uhr
nach Aufbau eines NO
2
-Max. von 8 ppb aus frischem NO und vorhandenem O
3
.
b) Partikelphase
Massekonzentration am Bahnhof leicht unterdurchschnittlich (-20%), am IfT und in Melpitz
im Durchschnitt. Der Sulfatgehalt ist auf allen Stufen hoch und weist auf anthropogene
Quellen hin. Auf Stufe 4 findet sich für alle Stationen die Abstufung Sulfat > Nitrat >
Ammonium (gealtertes Aerosol), die Abstufung auf den Stufen 1 bis 3 ist Sulfat >
Ammonium > Nitrat.
Kein OC-Wert für Stufe 4 am Bahnhof, hohe TC-Werte auf Stufe 2 und 3 (gealtertes
Aerosol), auf Stufe 3 ist M (mit hohem OC-Anteil: möglicherweise biogen) größer als IfT.
Kaum PAH-Werte, wahrscheinlich durch geringe Verkehrsbelastung. Der CPI aus den ALK-
Konzentrationen zeigt auf allen Stufen einen deutlichen biogenen Anteil.

31
Unter den Metallen sind die Zn-Werte an allen Stationen auf allen Stufen erhöht
(anthropogener Beitrag, Ferntransport), wobei die Abstufung M > IfT > B erscheint. Ni ist an
den Stationen B und IfT auf den Stufen 2 und 3 erhöht, Pb erscheint auf den Stufen 2 bis 4 in
Melpitz. Mn ist vor allem auf den Stufen 3 und 4 in Melpitz zu finden (Resuspension).
Messtag 23.08.2000 (Mittwoch)
Mäßig warmer Sommertag mit westlich-maritimer Luftmassenherkunft (Atlantik,
Südengland, Nordsee, Holland) bei lokaler NNW-Anströmung mit geringer WG und
moderater GS.
a) Gasphase
B:
In gealterte Luft ohne Restozon mit NO
x
-Sockel von 50-80 ppb (NO/NO
2
~ 1) wird ab 4
Uhr NO (Max. 246 ppb um 6 Uhr)-CO (Max. 1,9 ppm um 6 Uhr) aus den Emissionen des
Frühverkehrs eingemischt. Photochemische O
3
-Bildung setzt erst nach 9 Uhr ein bis zu
einem ersten Max. (23 ppb) um 11.30 Uhr, danach bilden sich wechselnde Max. und Min. aus
(abhängig von NO-Zufuhr und Strahlungsintensität). Das O
3
-Tagesmax. liegt bei 29 ppb um
14.30 Uhr. O
3
-Abbau bis 20 Uhr (9 ppb), danach schwankende Konz. im Mittel bei 15 ppb.
CO-Einmischungen gegen 16 und 20 Uhr bis zur Höhe von fast 1,5 ppm. Zwischen 11 und 20
Uhr lag das NO/NO
2
-Verhältnis durch kontinuierliche NO-Zufuhr immer um 2, erst ab 21
Uhr erreichte es wieder Werte < 1.
IfT:
Luftmasse ohne Restozon
,
CO-Spitzen zwischen 5und 8 Uhr (Max. 450 ppb), Beginn
kräftiger photochemischer O
3
-Bildung erst nach 10 Uhr. Anstieg mit 9 ppb/h bis auf 33 ppb
um 13.30 Uhr. Rampe in dieser Höhe bis 20 Uhr, O
3
-Max. bei 39 ppb um 17.30 Uhr.
Langsamer Abfall bis Mitternacht auf 13 ppb.
M:
Kein Nachtozon, NO
x
-Konz. 10-12 ppb (NO/NO
2
~ 4), NO-Max. (12/12/15 ppb) im 2-
Stunden-Takt (3/5/7 Uhr) aus lokalen Quellen (Windgeschwind. < 1 ms
-1
). Beginn der
photochemischen O
3
-Bildung nach 8 Uhr, Fortsetzung nach Verzögerung zwischen 9 und 10
Uhr bis zur Höhe der Rampe von ca. 40 ppb um 13 Uhr. Rampe bleibt bis 19 Uhr in dieser
Höhe erhalten, O
3
-Max. bei 46 ppb um 16.30 Uhr. O
3
-Abbau bis Mitternacht auf 2 ppb.
b) Partikelphase
Durchschnittliche Massekonzentration, eher niedrige Ionenkonzentrationen. Auf Stufe 1 und
2 ist Sulfat > Nitrat, auf Stufe 3 (außer M) und 4 wird Nitrat > Sulfat (gealtertes Aerosol). Auf
Stufe 1 ist für Sulfat, Nitrat und Ammonium die Abstufung B > IfT > M, auf Stufe 2 und 3
findet sich die Abstufung B ~ IfT > M, auf Stufe 4 die Abstufung B > IfT > M. Da der lokale
Wind aus N wehte und deshalb die Stationen parallel erreichte, wird hier die an den Stationen
verschieden starke Überlagerung des antransportierten Altaerosols durch lokale Quellen
sichtbar.
Am Bahnhof sind auf allen Stufen die höchsten TC-Werte aller Messtage zu finden, das
OC/EC-Verh. steigt auf allen Stufen in der Reihe B < IfT < M an. Auch hier ist von einer
Überlagerung gealterten Aerosols mit lokalen Quellen auszugehen, deren Stärke von Melpitz
über das IfT zum Bahnhof zunimmt.
Die Abstufung der PAH-Konz. ist B > IfT > M, wobei auch hier Melpitz das mehrheitlich aus
dem Ferntransport stammende Aerosol repräsentiert, das an den anderen beiden Stationen
stärker lokal überlagert wird. Die Konzentrationen der Oxy-PAH sind an allen Stationen
hoch, die Abstufung ist wieder B > IfT > M.
ALK zeigen kaum biogene Beeinflussung (niedriger CPI).
Am Bahnhof sind bes. auf Stufe 2 Cu und Zn erhöht, in schwächerem Maße auch auf Stufe 3
und 4. Am IfT sind auf Stufe 3 und 4 erhöhte Mn-Werte zu sehen (Reemission von
Krustenmaterial), in Melpitz sind auf allen Stufen erhöhte Zn-Werte erkennbar (Reemission).

32
Messtag 26.08.2000 (Sonnabend)
Warmer Spätsommertag mit NW-Luftmassenherkunft (Nordsee, Skandinavien, Polen
Tschechien) bei lokaler ESE-Anströmung mit geringer WG und kräftiger GS.
a) Gasphase
B:
Luftbelastung durch nächtlichen Wochenendverkehr (50-60 ppb NO
x
, O
3
< 10 ppb) bis 3
Uhr abfallend, danach frische NO-Einmischung (NO/NO
2
~ 2), gemeinsame NO- (66
ppb)/CO- (600 ppb) Verkehrsspitze um 8 Uhr, danach Beginn der photochemischen O
3
-
Bildung. Moderater Anstieg über 6 Stunden mit ca. 4 ppb/h, Max. mit 32 ppb um 15 Uhr.
NO/NO
2
-Verh. tagsüber um 2, frisches NO wird also kontinuierlich nachgeliefert. Nach 18
Uhr O
3
-Abbau bis auf 11 ppb um 21 Uhr, danach wieder Anstieg auf 20 ppb bis Mitternacht
nach Abreaktion der abendlichen NO-Doppelspitze (41 ppb 20.30 Uhr, 40 ppb 22 Uhr), die
gleichzeitig mit CO-Doppelspitze auftritt.
IfT:
Geringe O
3
-Restkonz. (< 10 ppb), CO-Einmischung mit Max. bei 4.30 Uhr,
photochemische O
3
-Bildung ab 9 bis 11 Uhr mit 7 ppb/h, danach langsamer mit 2 ppb/h bis
zum Max. von 29 ppb um 17.30 Uhr. SO
2
-Mittagsspitze um 11.30 Uhr. Langsamer O
3
-Abbau
nach 20 Uhr, Sockelbetrag um Mitternacht noch 18 ppb. CO-Spitze (300 ppb) um 23 Uhr
durch Verkehrsemission.
M:
Luftmasse ohne Ozon, NO
x
-Belastung um 10 ppb mit steigendem NO/NO
2
-Verhältnis (0
Uhr: 1, 6 Uhr: 8), also stärker werdenden frischen NO-Einmischungen. Wind aus NW/NO
bringt bis 6 Uhr Verkehrsemissionen von der B 87 heran, danach auf Ost drehend. Nach 6
Uhr Beginn der photochemischen O
3
-Bildung mit ca. 5,5 ppb/h bis 11 Uhr, danach langsamer
mit ca. 1,5 ppb/h bis zur langgezogenen Rampe bei 35 ppb mit einem späten Max. von 37 ppb
zwischen 20 und 21 Uhr. Danach langsamer Abbau bis zum Sockelbetrag von 26 ppb um
Mitternacht.
b) Partikelphase
Niedrige Massekonz. (Ausfall an Station B), auch geringe Ionenwerte. Auf den Stufen 2 bis 4
ist an allen Stationen Sulfat > Nitrat (abgestuft B < IfT ~ M), auf Stufe 4 ist am IfT und in
Melpitz Nitrat > Sulfat (gealtertes Aerosol ohne starke lokale Beeinflussung).
TC (geringe Konz.) zeigt sich auf Stufe 1 und 2 am IfT > M, auf den großen Stufen ist IfT ~
M. B weist geringere Werte auf (kein EC-Wert auf Stufe 3). Am Bahnhof findet sich an
diesem Tag auf dem PM
2,5
- Filter der geringste Messwert aller Tage.
Die Werte der Oxy-PAH sind hoch und weisen auf gealtertes Aerosol hin. Der CPI der ALK
deutet auf anthropogene Quellen.
Die Metallkonzentrationen liegen unauffällig niedrig, nur am IfT auf Stufe 3 und in Melpitz
auf Stufe 4 zeigen sich leicht erhöhte Ni-Werte.

33
3. Vergleichende Betrachtung der Ergebnisse Sommer/Winter
3.1. Masse
3.1.1 Vergleich der Winter- und Sommermesstage
Die mittlere gravimetrische Masse, gemittelt über alle Winter- bzw. Sommermesstage (außer
Bahnhof-26.08.00 und Melpitz-ST1/280600 und ST1/190700, die mit Sammelfehler bzw.
Wägefehler behaftet sind), ist in Abb. 3.1.1. dargestellt. Die Wintermassen liegen an allen drei
Standorten über denen der Sommermassen und eine Abstufung erfolgt von B>IfT>M, wobei
die Sommermasse am Bahnhof etwa der Wintermasse in Melpitz entspricht. Der Unterschied
muss sich hauptsächlich aus dem Heizungsanteil (Hausbrand und Heiz-/Kraftwerke) ergeben,
da dieser Anteil im Sommer entfällt. Verkehrsemissionen sind eher gleichmäßig über das Jahr
verteilt. Resuspension und Aufwirbelung größerer Partikel sind eine Funktion der Feuchte
und dürften mit den Emissionen im Sommer höher sein. Allerdings sind der Einfluss der
Mischungsschichthöhe (im Sommer größeres Mischungsvolumen) und die trockene
Partikeldeposition auf dem Transport (Nicholson, 1988) zu beachten.
Mittlere Massen
0
5
10
15
20
25
30
B
IfT
M
μg/m
3
Winter
Sommer
Abbildung 3.1.1.: Mittlere Gesamtmasse für die Messpunkte Bahnhof (B), Institut (IfT) und
Melpitz (M) im Winter und Sommer in μg/m
3
Eine Gegenüberstellung der aufsummierten Masse aus den gewogenen Impaktorstufen der
einzelnen Messtage ist in Abb. 3.1.1.2 dargestellt. Die einzelnen Messtage variieren in der
Masse am Bahnhof im Winter zwischen 19 und 38 μg/m
3
und im Sommer zwischen 13 und
34 μg/m
3
(die Masse vom 260800 ist durch einen Gerätefehler falsch), am IfT im Winter
zwischen 18 und 33 μg/m
3
bzw. 7 und 27 μg/m
3
sowie in Melpitz im Winter zwischen 15 und
27 μg/m
3
bzw. 5 und 22 μg/m
3
im Sommer. Im Sommer ist an allen drei Standorten die
Variabilität der Masse variabler als im Winter, was wahrscheinlich durch die größeren
indirekten meteorologischen Einflüsse bedingt wird (Strahlung und damit größere
Durchmischung, schnelle Abtrocknung feuchter Flächen usw.).
Die Verteilung der mittleren Absolutmassen auf den Impaktorstufen 1 (0,05-0,14 μm) bis 4
(1,2-3,5 μm) ist in Abb. 3.1.1.3 dargestellt. Auf allen Stufen ist die Absolutmasse im Winter
höher als im Sommer (Ausnahme Bahnhof – Stufe1), was auf ST2 und ST3 am stärksten
ausgeprägt ist. Auf diesen beiden Stufen finden sich vor allem aufgewachsene (ST2) und
gealterte (ST3) Partikel (Ferntransport, Emissionen von Heiz-/Kraftwerken), die auch den
höchsten Anteil an löslichen Komponenten aufweisen. Die wesentlich niedrigeren Werte im
Sommer dürften hauptsächlich auf die deutlich geringeren Emissionen aus Heiz-
/Kraftwerken, der höheren Durchmischung und der Tatsache, das Ammoniumnitrat bei
höheren Temperaturen und geringerer relativer Feuchte zum großen Teil in der Gasphase
(Spindler et al., 1997; Flechard and Fowler, 1998) und nicht im Aerosol sind, zurückzuführen

 
34
sein. Die erhöhte Masse auf Stufe 1 im Sommer gegenüber Winter am Standort Bahnhof ist
durch einen erhöhten EC-Gehalt verursacht (siehe auch Abb. 3.1.4.).
Gesamtmasse-Bahnhof
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
B221299
B060100
B120100
B230100
B260100
B120200
B220200
B260200
B060300
B280600
B190700
B300700
B010800
B160800
B190800
B230800
B260800
μg/m
3
Gesamtmasse-IfT
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
IfT221299
IfT060100
IfT120100
IfT230100
IfT260100
IfT120200
IfT220200
IfT260200
IfT060300
IfT280600
IfT190700
IfT300700
IfT010800
IfT160800
IfT190800
IfT230800
IfT260800
μg/m
3
Gesamtmasse Melpitz
0
5
10
15
20
25
30
M221299
M060100
M120100
M230100
M260100
M120200
M220200
M260200
M060300
M280600
M190700
M300700
M010800
M160800
M190800
M230800
M260800
μg/m3
Abbildung 3.1.2.: Mittlere Partikelmasse für die einzelnen Messtage, aufsummiert aus den
gewogenen Massen der Impaktorstufen, für Winter und Sommer an den
Standorten Bahnhof (B), Institut (IfT) und Melpitz (M)
Der mittlere Massenanteil der Stufen an der Gesamtmasse ist in Abb. 3.1.4. dargestellt. Die
Stufe 1 ist in den Winter- und Sommeranteilen für IfT und Melpitz relativ ausgeglichen
(frisch emittierte Partikel), der Anteil am Bahnhof ist im Sommer aber doppelt so groß. Die
Stufe 3 zeigt für alle drei Standorte höhere Winterwerte, was auf den Einfluss der erhöhten
Emissionen der Heiz-/Kraftwerke im Winter hinweist. Der Anteil auf Stufe 4 ist an allen drei
Standorten im Sommer größer als im Winter und in Melpitz höher als am Bahnhof und am
IfT, da im

35
Sommer die Reemission wegen der geringeren Feuchte und größeren Windgeschwindigkeit
höher ist.
Mittlere Absolutmassen der Stufen
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
St1
St2
St3
St4
μg/m
3
B-W
B-S
I-W
I-S
M-W
M-S
Abbildung 3.1.3: Mittlere Absolutwerte der Massen der Impaktorstufen 4 bis 1 in μg/m
3
für
Winter (W) und Sommer (S) an den Standorten Bahnhof (B), IfT (I) und
Melpitz (M)
Massenanteil der Stufen an GM
0
10
20
30
40
50
60
70
80
St1
St2
St3
St4
%
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
Abbildung 3.1.4: Mittlerer Massenanteil der Stufen an der Gesamtpartikelmasse (GM) für
Winter (W) und Sommer (S) an den Standorten Bahnhof (B), IfT und
Melpitz (M)
Der mittlere Anteil der Stufenmasse der experimentell bestimmten Komponenten (Ionen, OC,
EC) an der Gesamtmasse (GM) ist in Abb. 3.1.5 dargestellt. Der Anteil auf Stufe 4 liegt an
allen drei Stationen im Winter und Sommer bei ca. 12 % (Variation der Komponenten Ionen
OC und EC). Der Anteil der Stufe 3 ist am größten und liegt für den Winter bei ca. 40 % an
den drei Standorten und bei ca. 20 % am Bahnhof und knapp 30 % am IfT und in Melpitz für
den Sommer, wobei der Anteil der Ionen überwiegt. Die Anteile auf Stufe 2 betragen am
Bahnhof im Winter 23 %, wobei der Gesamtkohlenstoff (TC=OC+EC) größer ist als der
Anteil der Ionen. Die gleiche Tendenz kann am Bahnhof im Sommer beobachtet werden, mit
einem Anteil von 15 %. Am IfT und in Melpitz im Winter liegen die Anteile bei ca. 18 % und
Ionen und TC haben die gleichen Anteile. Im Sommer ist die gleiche Tendenz zu sehen, aber
die Anteile liegen am IfT bei ca. 14 % und in Melpitz bei ca. 12 %. Stufe 1 weist die
geringsten Anteile an der Gesamtmasse auf, wobei am Bahnhof wesentlich höhere Anteile des
TC (Winter ca. 6 %, Sommer ca. 12 %) gegenüber den Ionen zu beobachten sind (Verkehr).
Am IfT und in Melpitz liegen die Anteile unter 5 % und sind zwischen TC und Ionen im
Winter ausgeglichen, im Sommer ist TC ca. doppelt so hoch, wobei OC<EC am IfT und
OC>EC in Melpitz ist.

36
Stufe 4 - mittlerer Anteil an GM
0
5
10
15
20
25
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
%
OC
EC
Ionen
Stufe 3 - mittlerer Anteil an GM
0
20
40
60
80
100
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
%
OC
EC
Ionen
Stufe 2 - mittlerer Anteil an GM
0
5
10
15
20
25
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
%
OC
EC
Ionen
Stufe 1 - mittlerer Anteil an GM
0
5
10
15
20
25
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
%
OC
EC
Ionen
Abbildung 3.1.5: Mittlere Anteile an den experimentell bestimmten Massen (Ionen, OC,
EC) der Impaktorstufen 4 bis 1 an der Gesamtmasse in % für Winter (W)
und Sommer (S)

37
Mittlerer Massenanteil an PM der St4
0
20
40
60
80
100
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
%
OC
EC
Ionen
Mittlerer Massenanteil an PM der St3
0
20
40
60
80
100
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
%
OC
EC
Ionen
Mittlerer Massenanteil an PM der St2
0
20
40
60
80
100
120
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
%
OC
EC
Ionen
Mittlerer Massenanteil an PM der St1
0
20
40
60
80
100
120
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
%
OC
EC
Ionen
Abbildung 3.1.6: Mittlerere Anteile an den experimentell bestimmten Massen (Ionen,
OC, EC) der Impaktorstufen 4 bis 1 an der Partikelmasse (PM) der Stufen in
% für Winter (W) und Sommer (S)

38
In Abbildung 3.1.6. ist der mittlere Anteil an den experimentell bestimmten Massen (Ionen,
OC, EC) der Impaktorstufen an der Partikelmasse der Stufen 4 bis 1 dargestellt. Der Anteil
auf Stufe 4 im Winter liegt für alle drei Standorte bei ca. 65 %, wobei der Ionengehalt,
dominierend gegenüber OC und EC, von Bahnhof über IfT nach Melpitz leicht zunimmt, der
EC-Gehalt abnimmt und OC am Bahnhof und in Melpitz gleich hoch, aber höher als am Ift
ist. Die gleiche Tendenz zeigt sich im Sommer, wobei der Anteil bei nur 45 % (hoher
Krustenanteil und Reemission) liegt. Der Anteil auf Stufe 3 besteht im Winter an allen
Stationen aus ca. 55 % Ionen, ca. 12 % OC und ca. 20 % EC (Hausbrandeinfluss). Im
Sommer ist der Anteil insgesamt für die Stationen bei ca. 55%, wobei der Ionengehalt am
Bahnhof niedriger ist als am IfT und in Melpitz (gleich), OC leicht abnehmend (B>IfT>M)
und EC am Bahnhof fast dreimal gegenüber IfT und zu Melpitz fast viermal höher ist
(gealterte Verkehrsemission). Die Masse der Stufe 2 wird zu 80 % und mehr von den Ionen,
OC und EC bestimmt. Dabei dominiert an allen drei Stationen im Winter und im Sommer am
Bahnhof der Gesamtkohlenstoffgehalt (Verkehrseinfluss). Im Sommer liegen am IfT Ionen
und Gesamtkohlenstoff gleich hoch vor und in Melpitz ist der Ionengehalt höher. Die Masse
der Stufe 1 wird im Winter zu 100 % und im Sommer zu ca. 80 % an allen drei Standorten
durch die Ionen, OC und EC bestimmt. Dabei dominiert der TC-Gehalt am Bahnhof sowohl
im Winter wie auch im Sommer (Verkehrseinfluss). Der EC-Gehalt nimmt im Winter und
ebenso im Sommer von B>IfT>M ab, der OC-Gehalt sowie die Ionen von B<IfT<M zu.
Die Verteilung der experimentell bestimmten Massen (Ionen, EC, OC), gemittelt über alle
Tage für Winter und Sommer, sowie ein abgeschätzter Wasseranteil des Aerosols (siehe
Kapitel 1.2.7.) an den Standorten Bahnhof, IfT und Melpitz sind in Abb. 3.1.7. dargestellt.
Anteil mittlerer Massen an GM
0
20
40
60
80
100
120
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
%
Ionen
EC
OC
Wasser
unbestimmt
Abbildung 3.1.7: Anteil der experimentell bestimmten (und unbestimmten) Massen und
abgeschätzter Wasseranteil an der Gesamtmasse in %
Es zeigt sich, dass im Winter an allen drei Standorten die Partikelmasse haupsächlich aus
Ionen, EC, OC und dem Wasseranteil (ist wahrscheinlich etwas überschätzt) besteht. Im
Sommer ist noch ein unbestimmter Rest vorhanden, der auf Reemission (vor allem am B) und
Krustenmaterial zurückgeführt werden kann. Der Anteil ist am B am kleinsten und nimmt für
IfT =Melpitz zu.
3.1.2 Untersuchungen zu unterschiedlichen Luftmassentypen
Für Untersuchungen über Einflüsse unterschiedlicher Luftmassen (z.B. Trajektoriengruppen)
ist die Anzahl der Probetage zu gering. Es wurde trotzdem versucht, eine Einteilung
vorzunehmen, so dass im Winter die Gruppen westatlantische Luftmassen (WA - Probentage:
120100, 120200 und 260200), nordatlantische Luftmassen (NA - Probentage: 221299,
230100, 260100 und 060300) sowie kontinentale Luftmassen (Probentage: 220200 und
060100), wobei am 22.02.00 die Luftmassen in Nordeuropa zirkulierten und am 06.01.00 aus

39
Südeuropa (Mittelmeer,Südwestfrankreich, Nordwestfrankreich, Süddeutschland) kamen, und
im Sommer die Gruppen Nordwest-maritim (NW – Probentage: 280600, 190700, 300700 und
260800) und West-kontinental (Wkont – Probentage: 010800, 160800, 190800 und 230800)
gebildet wurden. Die Massenverteilung dieser Gruppen ist in Abb. 3.1.8. dargestellt. Die
Verläufe der Trajektorien der gebildeten Gruppen sind in den Abb. 3.1.10 bis 3.1.14
dargestellt.
Mittlere Masse der Luftmassengruppen
0
5
10
15
20
25
30
35
WA-Wi
NA-Wi
NW-So
Wkont-So
μg/m
3
B
IfT
M
Abbildung 3.1.8.: Mittlere Massekonzentration der Partikel der gebildeten Luftmassentypen
(Wi:Winter, So: Sommer)
Es zeigen sich keine Unterschiede in den Luftmassengruppen im Winter und auch nicht im
Sommer. Auch hier zeigt sich die reduzierte Masse im Sommer gegenüber Winter (höheres
Mischungsvolumen). Lokale Quellen dürften die Ursache für die Unterschiede an den
einzelnen Standorten sein.
Die mittlere Massekonzentration der Partikel in der Luftmassengruppe ‚kontinental‘ wird in
der Abbildung 3.1.9. gezeigt. Die Mittelung beider Tage (060100 und 220200) ergab keine
Ergebnisse, so dass die Tage und ein Tag kontinentaler Luftmasse (190800–SWE: Südwest-
Europa) aus der Sommermesskampagne einzeln verglichen werden. Es zeigt sich, dass die
Luftmassen aus Süd- und Südwesteuropa ca. 30 % weniger Masse aufweisen.
Masse kontinentaler Luftmassen
0
5
10
15
20
25
30
B220200-
NE
B060100-
SE
B190800-
SWE
IfT220200-
NE
IfT060100-
SE
IfT190800-
SWE
M220200-
NE
M060100-
SE
M190800-
SWE
μg/m
3
Abbildung 3.1.9.: Absolute Partikelmasse kontinentaler Luftmassen (NE: Nordeuropa, SE:
Südeuropa, SWE: Südwest-Europa)
Kontinentale Luftmassen aus Ost- und/oder Südost-Richtung kamen in beiden
Messkampagnen nicht vor. Im folgenden sind einige Zahlenwerte der graphischen
Darstellungen in tabellarischer Form angegeben.

 
40
Tabelle 3.1.1.: Mittlere Gesamtmasse für die Messpunkte Bahnhof (B), Institut (IfT) und
Melpitz (M) im Winter und Sommer in μg/m
3
(außer B-26.08.00 und M-
St1/280600 und St1/190700, die mit Sammelfehler bzw. Wägefehler behaftet
sind)
B IfT M
Winter 28,0 24,3 20,9
Sommer 21,3 15,0 13,0
Tabelle 3.1.2: Mittlere Partikelmasse der einzelnen Messtage, aufsummiert aus den
gewogenen Massen der Impaktorstufen, für Winter und Sommer an den
Standorten Bahnhof (B), Institut (IfT) und Melpitz (M)
Winter μg/m
3
Sommer μg/m
3
B221299 38,16 B280600 17,99
B060100 18,65 B190700 16,11
B120100 34,24 B300700 33,55
B230100 28,56 B010800 13,31
B260100 26,98 B160800 24,1
B120200 20,86 B190800 17,28
B220200 25,74 B230800 26,44
B260200 34,76 B260800 2,08
B060300 18,81
IfT221299 28,70 IfT280600 8,37
IfT060100 16,63 IfT190700 11,05
IfT120100 32,49 IfT300700 26,79
IfT230100 25,35 IfT010800 18,18
IfT260100 25,09 IfT160800 16,84
IfT120200 19,25 IfT190800 13,99
IfT220200 23,77 IfT230800 17,22
IfT260200 28,91 IfT260800 7,39
IfT060300 18,18
M221299 21,35 M280600 12,29
M060100 15,17 M190700 7,58
M120100 27,47 M300700 22,78
M230100 25,36 M010800 9,52
M260100 25,66 M160800 17,13
M120200 16,42 M190800 13,22
M220200 20,09 M230800 10,49
M260200 20,97 M260800 4,74
M060300 15,46

 
41
Tabelle 3.1.3: Mittlere Absolutwerte der Massen der Impaktorstufen 4 bis 1 in μg/m
3
für
Winter (W) und Sommer (S) sowie die Winter zu Sommer - Verhältnisse
Stufe Bahnhof IfT Melpitz
B-W B-S W/S I-W I-S W/S M-W M-S W/S
St4 5,71 5,32 1,07 4,29 3,61 1,19 3,81 3,33 1,14
St3 13,96 9,1 1,53 13,3 7,37 1,8 11,96 6,57 1,82
St2 6,31 3,56 1,77 5,84 3,26 1,79 4,64 2,01 2,31
St1 2 3,27 0,61 0,94 0,76 1,24 0,51 0,39 1,31
Tabelle 3.1.4: Prozentualer Anteil der Impaktorstufenmasse an der Gesamtmasse für Winter
(W) und Sommer (S)
Stufe Bahnhof
IfT
Melpitz
B-W B-S IfT-W IfT-S M-W M-S
St4 20,4 25,0 17,6 24,1 18,2 27,1
St3 49,9 42,8 54,6 49,1 57,2 53,4
St2 22,6 16,7 24,0 21,7 22,2 16,3
St1 7,2 15,4 3,9 5,1 2,4 3,2

 
42
Tabelle 3.1.5: Mittlerer Massenanteil der experimentell bestimmten Massen (Ionen, OC,EC)
der Impaktorstufen 4 bis 1 an der Gesamtmasse in %
St4 Ionen OC EC
B-W 8,2 2,3 1,9
B-S 6,7 2,6 2,8
IfT-W 8,5 1,4 1,3
IfT-S 7,6 2,1 1,2
M-W 9,3 1,6 1,0
M-S 7,8 2,7 1,3
St3 Ionen OC EC
B-W 27,9 6,1 10,3
B-S 14,1 3,6 5,6
IfT-W 29,4 6,1 10,9
IfT-S 20,2 3,6 3,2
M-W 30,9 6,1 11,0
M-S 21,9 4,1 3,0
St2 Ionen OC EC
B-W 9,2 5,1 8,5
B-S 5,7 2,6 6,5
IfT-W 8,8 3,6 6,3
IfT-S 7,3 3,6 4,5
M-W 9,2 3,6 6,1
M-S 7,2 3,0 2,4
St1 Ionen OC EC
B-W 1,9 1,9 4,3
B-S 1,4 2,5 10,1
IfT-W 1,6 1,1 1,2
IfT-S 1,2 1,4 1,7
M-W 1,3 0,9 0,5
M-S 1,1 1,3 0,7

 
43
Tabelle 3.1.6: Mittlerer Massenanteil der experimentell bestimmten Massen (Ionen, OC,EC)
der Impaktorstufen 4 bis 1 an der Partikelmasse der Stufen in %
St 4
Ionen
OC
EC
B-W 45,9 12,5 10,1
B-S 26,9 9,4 11,4
IfT-W 47,7 8,6 8,6
IfT-S 31,7 8,4 5,0
M-W 51,1 9,8 6,8
M-S 35,1 11,2 5,4
St3 Ionen OC EC
B-W 54,7 12,5 20,8
B-S 33,0 9,1 15,7
IfT-W 53,6 11,3 19,7
IfT-S 40,9 8,6 7,6
M-W 53,8 11 19,1
M-S 40,6 8,2 5,9
St2 Ionen OC EC
B-W 40,0 22,5 37,4
B-S 34,2 15,4 34,2
IfT-W 36,7 15,1 26,3
IfT-S 33,0 14,7 18,6
M-W 41,7 16,5 27,8
M-S 44,0 15,6 12,0
St1 Ionen OC EC
B-W 25,5 26,6 61,2
B-S 8,7 15,2 56,5
IfT-W 42,2 30,1 31,3
IfT-S 22,5 24,2 27,2
M-W 52,0 37,3 20,5
M-S 32,5 32,4 16,5
Tabelle 3.1.7: Anteil der experimentell bestimmten (und unbestimmten) Massen und
abgeschätzter Wasseranteil an der Gesamtmasse in %
Ionen OC EC Wasser unbestimmt
B-W 47,2 15,4 25,0 19,2 0,0
B-S 27,8 11,3 25,0 19,2 16,6
IfT-W 48,2 12,2 19,7 19,2 0,7
IfT-S 36,3 10,7 10,6 19,2 23,2
M-W 50,6 12,2 18,6 19,2 0,0
M-S 38,0 11,1 7,4 19,2 24,3

44
Tabelle 3.1.8: Mittlere Partikelmasse der gebildeten Luftmassentypen in μg/m
3
(W: Winter, S:
Sommer, WA: Westatlantik, NA: Nordatlantik, Kont: Kontinental, NW:
Nordwest, Wkont: West-kontinental)
WA-W NA-W Kont-W NW-S Wkont-S
B 29,95 28,13 22,19 17,43 20,28
IfT 26,88 24,33 20,20 13,40 16,56
M 21,62 21,96 17,63 11,85 12,59
Tabelle 3.1.9: Absolute Partikelmasse kontinentaler Luftmassen (NE: Nordeuropa, SE:
Südeuropa, SWE: Südwest-Europa)
B220200-
NE
B060100-
SE
B190800-
SWE
IfT22020
0-NE
IfT06010
0-SE
IfT19080
0-SWE
M220200-
NE
M060100-
SE
M190800-
SWE
Masse 25,74 18,65 17,28 23,77 16,63 13,99 20,09 15,17 13,22

 
45
Abb. 3.1.10: Nordatlantische Luftmassen
96 h Rückwärtstrajektorien
Startpunkt 12 Uhr MEZ in Leipzig)

 
46
Abb. 3.1.11: Westatlantische Luftmassen
96 h Rückwärtstrajektorien
(Startpunkt 12 Uhr MEZ in Leipzig)

 
47
Abb. 3.1.12: Kontinentale Luftmassen
96 h Rückwärtstrajektorien
(Startpunkt 12 Uhr MEZ in Leipzig)

 
48
Abb. 3.1.13: Nordwest- maritime Luftmassen
96 h Rückwärtstrajektorien
(Startpunkt 12 Uhr MEZ in Leipzig)

 
49
Abb. 3.1.15: West-kontinentale Luftmassen
96 h Rückwärtstrajektorien
(Startpunkt 12 Uhr MEZ in Leipzig)

 
50
3.2. Lösliche Komponenten (Ionen)
3.2.1 Vergleich der Winter- und Sommermesstage (BERNER Impaktor)
Mittlere lösliche Masse
Zum Vergleich der Winter- und Sommermesskampgne wurde die lösliche Masse
(experimentelle Bestimmung der wasserlöslichen Ionen Cl
-
, NO
3-
, SO
42-
, Ox
2-
, Na
+
, NH
4+
,
K
+
, Ca
2+
, Mg
2+
) über alle Messtage getrennt nach Winter und Sommer gemittelt. Abb. 3.2.1
zeigt die graphische Darstellung dieser mittleren Absolutmassen und den Anteil der löslichen
Masse an der Gesamtmasse. Die mittleren Massen, mit einer Abnahme von B>IfT>M im
Winter sind reichlich doppelt so hoch wie im Sommer, wo die Massenunterschiede der
Standorte B=IfT>M sind.
Mittlere Masse
lösl.
0
2
4
6
8
10
12
14
Wi-B So-B
Wi-IfT So-IfT
Wi-M So-M
μg /m
3
Anteil
lösl.
an GM
0
10
20
30
40
50
60
Wi-B So-B
Wi-IfT So-IfT
Wi-M So-M
%
Abbildung 3.2.1: Mittlere lösliche Absolutmasse und Anteil dieser an der Gesamtmasse im
Winter (Wi) und Sommer (So) für die Standorte Bahnhof (B), IfT und
Melpitz(M)
Der Anteil der mittleren löslichen Masse an der Gesamtmasse liegt im Winter bei ca. 50 %,
wobei eine sehr leichte Zunahme von B<IfT<M zu sehen ist. Im Sommer liegt der Anteil um
die 30 % mit einer deutlichen Zunahme von B<IfT<M. Diese Unterschiede haben
verschiedene Ursachen. Im Sommer sind die Emissionen der Heiz-/Kraftwerke geringer und
der Anteil des Ammoniumnitrats ist geringer (siehe unten). Die Zunahme des löslichen
Anteils von B bis M weist darauf hin, dass das Aerosol am Bahnhof stark verkehrsbeeinflusst
(Gesamtkohlenstoff am höchsten - hydrophober) ist und nach Melpitz hin hydrophiler wird
(siehe auch Abb. 3.1.7).
NH
3
und HNO
3
in der Gasphase
Aus anderen Projekten, in denen die Gasphasenkonzentrationen von HNO
3
und Ammoniak
(AFS-Projekt ‚Stadtaerosol‘ am IfT, BMU-Projekt , Vasko' in Melpitz) bestimmt wurden,
kann gezeigt werden, dass Salpetersäure im Sommer zwei- bis dreimal und NH
3
fünf bis
fünfzehnmal höhere Werte aufweisen kann als im Winter (Überlagerung durch natürlich
bedingte höhere Konzentrationen im Sommer).
Die 24h-Mittelwerte der Ammoniakkonzentrationen (gemessen mittels Nassdenuder-
Gradientensystem AMANDA-AS, ECN Petten, NL; Wyers et al., 1993) von Melpitz sind in

51
Abb. 3.2.2 für die Winter- und Sommermesstage dargestellt. Bei Frostgefahr sind keine
Messungen möglich, so dass die ersten fünf Tage im Winter fehlen. Abb. 3.2.3 zeigt die
Gasphasenkonzentration für HNO
3
(mittels nasser Ringspaltdenuder, Stundenmittel; Oms et
al., 1996) und für NH
3
(mittels beschichteter Ringspaltdenuder, tags 4h-Mittel, nachts 12h-
Mittel; Firma GIV Deutschland, 1998) auf der Messplattform des IfT im Winter und Abb.
3.2.4 im Sommer für jeweils einen 3-Tagesverlauf.
Gasphasenkonzentration- NH
3
0
5
10
15
20
25
W6
W7
W8
W9
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
μg /m
3
Abbildung 3.2.2: 24h-Mittelwert der Gasphasenkonzentration von Ammoniak in Melpitz
der Winter (W)- und Sommermesstage (S)
IfT Messplattform 29.11. bis 01.12.99
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
18:00
21:00
00:00
03:00
06:00
09:00
12:00
15:00
18:00
21:00
00:00
03:00
06:00
09:00
12:00
15:00
18:00
21:00
Konzentration [μg/m³]
NH3
HCl
HNO2
HNO3
Abbildung 3.2.3: Mittlere Gasphasenkonzentration von Ammoniak und Salpetersäure am
IfT im Winter
IfT Messplattform 01.07. bis 03.07.99
0
2
4
6
8
10
18:00
21:00
00:00
03:00
06:00
09:00
12:00
15:00
18:00
21:00
00:00
03:00
06:00
09:00
12:00
15:00
18:00
21:00
Konzentration [μg/m³]
NH3
HCl
HNO2
HNO3
Abbildung 3.2.4: Mittlere Gasphasenkonzentration von Ammoniak und Salpetersäure am IfT
im Sommer

52
Mittlere lösliche Masse der Impaktorstufen
Der mittlere Anteil der löslichen Masse der Impaktorstufen an der Gesamtmasse ist in Abb.
3.2.5 dargestellt. Die lösliche Masse der Stufe 1 hat den geringsten Anteil an der
Gesamtmasse mit max. 2 %, wobei die Winterwerte gering höher als die Sommerwerte sind
und eine leichte Abnahme im Winter wie auch im Sommer von B>IfT>M zu sehen ist. Der
Anteil auf Stufe 2 liegt für die lösliche Masse bei ca. 9 % im Winter für die drei Standorte, im
Sommer am Bahnhof bei 6 % und IfT bzw. Melpitz bei ca. 7 %. Die lösliche Masse hat den
größten Anteil auf Stufe 3, wobei im Winter der Anteil bei 28 bis 30 % (zunehmend
B<IfT<M) ziemlich ausgeglichen ist, im Sommer der Anteil bei 14 und ca. 20 % (B<IfT≈M)
liegt. Auf Stufe 4 betragen die Anteile ziemlich ausgeglichen im Winter zwischen ca. 8 und 9
% und im Sommer zwischen ca. 7 und 8 %.
Abbildung 3.2.5: Mittlerer Anteil der löslichen Masse auf den Stufen an der Gesamtmasse im
Winter (W) und Sommer (S) für Bahnhof (B), IfT und Melpitz (M)
Abbildung 3.2.6: Mittlerer Anteil der löslichen Masse auf den Stufen an der Partikelmasse
(PM) der Stufen 1 bis 4 im Winter (W) und Sommer (S) für Bahnhof (B),
IfT und Melpitz (M)
In Abb. 3.2.6 ist der mittlere Anteil der löslichen Stufenmasse bezogen auf die Partikelmasse
(PM) der Impaktorstufen 1 bis 4 im Winter und Sommer für die Standorte Bahnhof, IfT und
Melpitz dargestellt.
Der Anteil im Winter beträgt auf Stufe 1 ca. 30 % am Bahnhof, 40 % am IfT bzw. 50 % in
Melpitz, im Sommer ca. 10 % am Bahnhof, 20 % am IfT bzw. 30 % in Melpitz. Stufe 1
Mittlerer Anteil
lösl.
an Gesamtmasse
0
5
10
15
20
25
30
35
40
St1
St2
St3
St4
%
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
Mittlerer Anteil
lösl.
an PM der Stufen
0
20
40
60
80
100
St1
St2
St3
St4
%
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S

 
53
enthält frisch emittierte oder gebildete Partikel, die am Bahnhof von EC und OC aus dem
Verkehr dominiert werden (siehe Abb. 3.1.6). Der ionische Anteil nimmt nach Melpitz zu, da
der TC-Gehalt (EC+OC) abnimmt (Sulfat aus SO
2
-Oxidation, Nitrat aus NO
x
-Oxidation und
Ammoniak als Neutralisator). Die höheren Werte im Winter dürften durch den Hausbrand
verursacht werden (und dem Anteil Ammoniumnitrat, der im Sommer in der Gasphase ist).
Auf Stufe 2 sind die löslichen Anteile relativ ähnlich bei ca. 40 % im Winter und 34 % im
Sommer (Bahnhof und IfT) bzw. 44 % in Melpitz. Auf Stufe 3 (gealtertes Aerosol, Emission,
Reemission, Krustenmaterial) liegen die höchsten löslichen Anteile, im Winter bei 54 % für
alle drei Standorte, im Sommer am Bahnhof bei 33 % und am IfT bzw. in M bei 40 %. Der
Unterschied zwischen Winter und Sommer dürfte an den erhöhten Emissionen der Heiz-
/Kraftwerke (und dem Anteil Ammoniumnitrat, der im Sommer in der Gasphase ist) liegen.
Die Anteile auf Stufe 4 liegen im Winter zwischen 45 und 50 % und im Sommer zwischen 27
und 35 %, leicht ansteigend von B<IfT<M.
Lösliche Komponenten
Mittlere Konzentration
0
1
2
3
4
5
6
7
Wi-B
So-B
Wi-IfT
So-IfT
Wi-M
So-M
μg/m
3
NO3
SO4
NH4
Mittlere Konzentration
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Wi-B
So-B
Wi-IfT
So-IfT
Wi-M
So-M
μg/m
3
Cl
Ox
Na
K
Ca
Mg
Abbildung 3.2.7: Mittlere Konzentrationen der löslichen Einzelspezies im Winter (Wi) und
Sommer (So) am Bahnhof (B), IfT und in Melpitz(M)

 
54
Die mittleren Konzentrationen der experimentell bestimmten löslichen Einzelspezies für
Winter und Sommer an den drei Standorten sind in Abb. 3.2.7 dargestellt.
Die höchste mittlere Konzentration weist Nitrat im Winter mit 6,4 am Bahnhof, am IFT 5,6
und in Melpitz 5,1 μg/m
P
3
P
auf. Im Sommer beträgt diese an allen drei Standorten ungefähr ein
Fünftel davon. Dies liegt einmal an dem größeren Mischungsvolumen der Atmosphäre, den
reduzierten Emissionen der Heiz-/Kraftwerke und dem verminderten Ammoniumnitrat am
Partikel (erhöht in der Gasphase). Die mittleren Sulfat- und Ammoniumkonzentrationen sind
im Winter relativ gleich, im Sommer ist der Sufatgehalt höher als der des Ammonium. Sulfat
weist im Sommer die höchste Konzentration auf, wobei Nitrat- und Ammoniumgehalte relativ
gleich sind. Chlorid hat im Winter höhere Konzentrationen als im Sommer, da im Sommer
eine Abreicherung durch Nitrat stattfinden kann (Pio and Lopes, 1998). Dabei spielt der
Zeitraum, wielange die Luftmasse über See und Land war, eine große Rolle (siehe 3.2.2).
Oxalat zeigt im Sommer höhere Konzentrationen als im Winter, was ein Hinweis auf
photochemische Bildung ist. Die Komponenten Kalium, Calcium und Magnesium sind im
Winter teilweise etwas erhöht, tragen aber zur Masse kaum noch etwas bei. Der Hauptanteil
der löslichen Masse besteht aus den Komponenten Nitrat, Sulfat und Ammonium und umfasst
ca. 90 %.
Die mittlere Verteilung der löslichen Komponenten auf den Impaktorstufen 4 bis 1 ist in Abb.
3.2.8 dargestellt.
Impaktorstufe 4
Nitrat hat im Winter (ca. 1 μg/m
P
3
P
) und im Sommer (zwischen 0,6 und 0,4 μg/m
P
3
P
) die höchste
Konzentration, wobei die Wintergehalte ca. doppelt so hoch sind sowie eine leichte Abnahme
von B>IfT>M, im Sommer eine deutliche Abnahme von Bahnhof zu IfT, zu verzeichnen ist.
Sulfat ist im Winter (ca. 0,3 μg/m
P
3
P
) höher, aber an den Standorten gibt es kaum Unterschiede.
Ammonium ist auch im Winter (ca. 0,2 μg/m
P
3
P
) etwa doppelt so hoch wie im Sommer und
zeigt eine leichte Zunahme von B<IfT<M. Im Sommer gibt es keine Standortunterschiede.
Natrium hat von allen Impaktorstufen die höchste Konzentration (Seesalz) im Winter (ca. 0,2
μg/m
P
3
P
) mit einer deutlichen Abnahme von B>IfT>M, im Sommer liegen die Gehalte
ausgeglichen bei ca. 0,1 μg/m
P
3
P
. Chlorid hat nicht die höchste Konzentration der
Impaktorstufen, was auf den Austausch von Chlorid durch Nitrat hinweist. Im Winter ist eine
starke Abnahme von B>IfT>M zu erkennen, im Sommer nur von B>IfT≈M. Calcium und
Magnesium haben die höchsten Konzentrationen von allen Impaktorstufen im Winter und
Sommer, wobei die Gehalte im Winter und Sommer relativ gleich sind (außer Ca am
Bahnhof, im Winter höher); Emission von Heiz-/Kraftwerken im Winter, Reemission im
Sommer.
Impaktorstufe 3
Nitrat hat die höchste Konzentration im Winter ( 3,7 μg/m
P
3
P
am B, 3,4 μg/m
P
3
P
am IfT und 3,0
μg/m
P
3
P
in Melpitz) auf der Stufe, aber auch von allen Impaktorstufen. Im Sommer ist die
Konzentration mit Impaktorstufe 4 vergleichbar (zwischen 0,5 und 0,7 μg/m
P
3
P
), ohne
Standortunterschiede und niedriger als die Sulfat- und Ammonium-Sommerwerte. Das
Verhältnis Winter zu Sommer liegt bei ca. 5 bis 6. Sulfat hat ebenfalls von allen
Impaktorstufen die höchste Konzentration und liegt im Winter an den drei Standorten bei ca.
1,7 und im Sommer am Bahnhof bei 1 und am IfT und in Melpitz bei 1,2 μg/m
P
3
P
. Das
Verhältnis Winter zu Sommer liegt am Bahnhof bei 1,8 sowie am IfT und in Melpitz bei 1,4.
Ammonium hat ebenfalls die höchste Konzentration aller Impaktorstufen, relativ gleich
zwischen 1,7 und 1,5 μg/m
P
3
P
im Winter und 0,9 μg/m
P
3
P
im Sommer. An den anderen
Komponenten ist auffällig, dass Chlorid und Kalium (Hausbrand?) die höchsten
Konzentrationen aller Impaktorstufen haben, mit deutlich höheren Gehalten im Winter und
Oxalat ebenfalls die höchsten Konzentrationen aufweist.

55
Impaktorstufe 4
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
NO3
SO4
NH4
μg /m
3
W-B
S-B
W-IFT
S-IfT
W-M
S-M
Impaktorstufe 4
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Cl
Ox
Na
K
Ca
Mg
μg /m
3
W-B
S-B
W-IFT
S-IfT
W-M
S-M
Impaktorstufe 3
0
1
2
3
4
NO3
SO4
NH4
μg /m
3
W-B
S-B
W-IFT
S-IfT
W-M
S-M
Impaktorstufe 3
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Cl
Ox
Na
K
Ca
Mg
μg /m
3
W-B
S-B
W-IFT
S-IfT
W-M
S-M
Impaktorstufe 2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
NO3
SO4
NH4
μg /m
3
W-B
S-B
W-IFT
S-IfT
W-M
S-M
Impaktorstufe 2
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
Cl
Ox
Na
K
Ca
Mg
μg /m
3
W-B
S-B
W-IFT
S-IfT
W-M
S-M
Impaktorstufe 1
0,0
0,1
0,2
0,3
NO3
SO4
NH4
μg /m
3
W-B
S-B
W-IFT
S-IfT
W-M
S-M
Impaktorstufe 1
0,00
0,01
0,02
Cl
Ox
Na
K
Ca
Mg
μg /m
3
W-B
S-B
W-IFT
S-IfT
W-M
S-M
Abbildung 3.2.8: Mittlere Konzentration der löslichen Komponenten auf den Impaktorstu-
fen 1 bis 4 am Bahnhof (B), IfT und in Melpitz (M) für Winter (W) und
Sommer (S)

56
Impaktorstufe 2
Die Nitratkonzentrationen im Winter entsprechen denen auf Stufe 4, mit einer Abnahme von
Bahnhof zu IfT (Bahnhof: 1,3 μg/m
3
, IfT: 1,0 μg/m
3
, Melpitz: 0,9 μg/m
3
). Die Sommerwerte
liegen deutlich niedriger zwischen 0,2 und 0,1 μg/m
3
. Die Verhältnisse Winter zu Sommer
betragen für Bahnhof und IfT ca. 6 und für M ca. 9. Die höheren Werte am Bahnhof sind ein
Hinweis auf oxidiertes NO
x
aus dem Verkehr. Die Sommerwerte sind deutlich niedriger als
die Sulfat- und Ammonium-Sommerwerte. Die Sulfatkonzentrationen sind im Sommer und
Winter relativ gleich und liegen bei ca. 0,5 μg/m
3
, wobei sich eine leichte Erhöhung der
Sommerwerte auf dieser Stufe abzeichnet. Die Ammoniumkonzentrationen sind im Winter
(leichte Abnahme von B>IfT>M) höher als im Sommer (relativ gleich an den drei
Standorten). Die Winter-Sommer – Verhältnisse betragen am Bahnhof 1,9, für IfT 1,5 sowie
für Melpitz 1,8. Die restlichen Komponenten tragen kaum zur Masse bei. Auffällig ist, dass
die Sommerwerte von Ca deutlich höher sind als im Winter (Resuspension).
Impaktorstufe 1
Nitrat zeigt im Winter eine ausgeprägte Abnahme von Bahnhof (0,26 μg/m
3
) zum IfT (0,17
μg/m
3
) und schwächer zu Melpitz (0,12 μg/m
3
), was auf die erhöhte Verkehrsbeeinflussung
am Bahnhof hinweist. Die Sommerwerte sind am Bahnhof siebenmal höher (Verkehr) als am
IfT und in Melpitz und sind niedriger als die Sulfat- und Ammonium-Sommerwerte. Das
Verhältnis Winter zu Sommer beträgt am Bahnhof ca. 7 und am IfT und in M ca. 30. Sulfat ist
an allen drei Standorten im Winter deutlich geringer als im Sommer (Gasphasenoxidation von
SO
2
im Sommer deutlich höher) mit einer Abnahme von B>IfT>M sowohl im Winter als auch
im Sommer. Ammonium hat im Winter höhere Konzentrationen mit einer Abnahme von
B>IfT>M für Sommer und Winter. Der Beitrag der anderen Komponenten ist noch geringer
als ST 2. Allerdings sind auch hier die Ca-Konzentrationen im Sommer höher als im Winter
(Resuspension).
Da die Komponenten Nitrat, Sulfat und Ammonium den Hauptanteil (ca. 90 %) der löslichen
Masse ausmachen, werden die folgenden Untersuchungen auf diese drei beschränkt.
Ein Vergleich des mittleren Anteils der Komponenten Nitrat, Sulfat und Ammonium an der
Partikelmasse der Stufen 4 bis 1 an den drei Messorten für Winter und Sommer ist in Abb.
3.2.9 dargestellt.
Impaktorstufe 4
Nitrat hat im Winter einen mittleren Anteil von ca. 20 % am Bahnhof und ca. 25 % am IfT
und in Melpitz. Das heisst, 5 % mehr Nitrat von verkehrs-und hausbrandbeeinflussten
Emissionen (lokal) sind dazugekommen (Prozesse sind zeitabhängig). Im Sommer sind die
Anteile gleich bei ca. 11 bis 12 %, also etwa halb so hoch wie im Winter. Die Sulfat- und
Ammoniumanteile zeigen ein ähnliches Muster, die Winterwerte sind höher und leicht
ansteigend von B<IfT<M, wobei der Sulfatanteil leicht höher ist. Nitrat hat im Winter und im
Sommer (Austausch von Chlorid) die höchsten Anteile.
Impaktorstufe 3
Die Nitratanteile liegen an allen Stationen im Winter bei ca. 25 % und im Sommer zwischen 7
und 9 %. Die Sulfat- und Ammoniumanteile betragen an den drei Standorten im Winter sowie
auch für Ammonium im Sommer ca. 12 %. Der Sulfatanteil im Sommer steigt von B (10 %)
zu IfT (17 %) und M (18 %) an. Nitrat hat im Winter und Sulfat im Sommer die höchsten
Anteile.

57
Impaktorstufe 2
Im Winter liegen die Nitratanteile um 20 % und im Sommer bei ca. 5% an den drei
Messorten. Die Sulfat- und Ammoniumanteile sind im Winter relativ ähnlich bei 8 bis 10 %
bzw. 8 bis 9 %. Im Sommer sind die Sulfatanteile am höchsten, ansteigend von B (15 %) zu
IfT (17 %) und M (25 %) und somit doppelt so hoch wie Ammonium und drei- bis fünfmal so
hoch wie Nitrat (Ammonium und Nitrat im Sommer mit einem großen Anteil in der
Gasphase).
Impaktorstufe 1
Die Nitratanteile sind im Winter am höchsten und liegen ansteigend von B<IfT<M bei 13, 19
bzw. 24 %. Ammonium hat leicht höhere Anteile mit 6, 11 bzw. 13 % als Sulfat mit 5, 10
bzw. 11 %. Im Sommer sind die Anteile des Sulfat am höchsten, ebenfalls ansteigend von
B<Ift<M mit 5, 14 bzw. 20 %. Die Ammoniumanteile liegen bei 2 (Bahnhof), 6 (IfT) und 8 %
(Melpitz). Nitrat hat hier die geringsten Anteile mit ca. 1 % an allen drei Messorten.
St4-Anteil an PM der Stufe
0
5
10
15
20
25
30
B-W
B-S
IfT-W IfT-S
M-W
M-S
%
NO3
SO4
NH4
St3-Anteil an PM der Stufe
0
5
10
15
20
25
30
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
%
NO3
SO4
NH4
St2-Anteil an PM der Stufe
0
5
10
15
20
25
30
B-W
B-S
IfT-W IfT-S
M-W
M-S
%
NO3
SO4
NH4
St1-Anteil an PM der Stufe
0
5
10
15
20
25
30
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
%
NO3
SO4
NH4
Abbildung 3.2.9: Mittlerer Anteil der Komponenten Nitrat, Sulfat und Ammonium an der
Partikelmasse der Stufen 4 bis 1 am Bahnhof (B), IfT und in Melpitz (M) für
Winter (W) und Sommer (S)
Im Winter dominiert auf allen Stufen das Nitrat mit Anteilen zwischen 15 und 25 %
(Verkehrs- und Heiz-/Kraftwerksemissionen) der Partikelmasse der Impaktorstufe. Im
Sommer hat Sulfat die höchsten Anteile zwischen 5 und 25 %. Auf den IPST 4, 3 und 2 (die
aus aufgewachsenen und gealterten Partikeln bestehen) sind die Anteile, bezogen auf die drei
Standorte, relativ ausgeglichen. Starke standortbezogene Unterschiede gibt es auf IPST 1
(frisch emittierte Partikel), die auch einen Hinweis auf das Aufwachsen von Partikeln aus
Gas-zu-Partikelbildung (Gasphasenoxidation) geben. Der Hauptanteil der löslichen
Komponenten (Nitrat, Sulfat und Ammonium) sind fast ausschließlich anthropogenen
Ursprungs (Verkehrs- und Heiz-/Kraftwerksemissionen, Landwirtschaft). Da im Winter die
Masse des Aerosols zu 50 % aus löslichen Komponenten besteht, ist eine Reduzierung der
verursachenden Emissionen notwendig. Eine anteilsbezogene Unterscheidung der Quellen ist
nicht möglich

58
3.2.2 Untersuchungen zu unterschiedlichen Luftmassentypen
Die Einteilung der Luftmassen der einzelnen Messtage in Gruppen gleichen Typs (mittels
Rückwärtstrajektorien, siehe 3.1.2) bringt keine deutlichen Unterschiede in den löslichen
Einzelspezies. Deshalb wurde eine Unterscheidung hinsichtlich der Dauer des Aufenthaltes
der Luftmasse über Land oder Meer vorgenommen, da letzendlich alle Luftmassen maritimen
Ursprungs waren und kontinentale Ost-Luftmassen nicht vorkamen. Dabei wurden die
Messtage, an denen sich die Luftmassen mehr als 50 % über Land aufhielten als ‚kontinental‘
(kont.) und die weniger 50 % über Land als ‚maritim‘ (mar.) zusammengefasst und gemittelt.
Abb. 3.2.10 zeigt die graphische Darstellung einiger löslicher Komponenten für Winter und
Sommer.
Winter
maritim-kontinental
0
1
2
3
4
5
6
7
8
B-mar.
B-kont.
IfT-mar.
IfT-kont.
M-mar.
M-kont.
μg/m
3
Cl
NO3
SO4
NH4
Na
Ca
Sommer
maritim-kontinental
0
1
2
3
4
B-mar.
B-kont.
IfT-mar.
IfT-kont.
M-mar.
M-kont.
μg/m
3
Cl
NO3
SO4
NH4
Na
Ca
Abbildung 3.2.10: Vergleich mittlerer Konzentrationen löslicher Komponenten nach
maritimen (mar.) und kontinentalen (kont.) Luftmassen für Winter und
Sommer am Bahnhof (B), IfT und in Melpitz (M)
Im Winter sind die mittleren Konzentrationen für Nitrat, Sulfat und Ammonium relativ gleich
für maritime und kontinentale Luftmassen mit leichten Messortunterschieden (gut
durchmischtes westeuropäisches Aerosol). Die Seesalzkomponenten Chlorid und Natrium
sind für maritime Luftmassen etwa doppelt so hoch. Im Sommer unterscheiden sich maritime
und kontinentale Luftmassen sehr stark. Die mittleren Konzentrationen sind im Sommer
niedriger ca.
1
/
3
für Chlorid,
1
/
6
für Nitrat, ½ für Ammonium und Natrium, ½ für Sulfat (nur
maritim) als im Winter. Der mittlere Ammoniumgehalt ist an den drei Messorten und den
maritimen und kontinentalen Luftmassen relativ gleich. Der Sulfatgehalt mit der höchsten
mittleren Konzentration ist bei kontinentalen Luftmassen doppelt so hoch gegenüber
maritimen, aber genau so hoch wie im Winter. Für Nitrat ist die mittlere Konzentration
ebenfalls für kontinentale Luftmassen höher, aber dieser Unterschied wird von Bahnhof (
3
/
4
)

59
über IfT (ca. ½) nach Melpitz (
1
/
3
) geringer. Natrium und Chlorid maritimer Luftmassen sind
höher, wobei Chlorid am IfT und in M abgereichert war.
Chloridabreicherung
Das Vorkommen von Seesalzpartikeln ist im untersuchten Gebiet zu beobachten, hat aber
mengenmäßig keine große Bedeutung. Allerdings trägt die Abreicherung von Chlorid durch
Nitrat und Sulfat zu einer Erhöhung dieser beiden Komponenten im Aerosol bei (Senke der
gasförmigen Spezies) und ist gleichzeitig eine Quelle von gasförmiger Salzsäure (oder auch
Chloratomen).
In Abb. 3.2.11 wurde für Winter und Sommer das Chlorid/Natrium-Verhältnis, welches
massebezogen für Seesalz 1,79 beträgt, für die drei Messorte dargestellt. Dabei wurde den
Messtagen aufgrund der Rückwärtstrajektorien die Dauer des Aufenthaltes über Meer und
Land als Landanteil in % zugeordnet. Es zeigt sich, dass an allen drei Messorten im Winter
auch eine geringe Chloridabreicherung zu beobachten ist. Im Sommer wird Chlorid bei einem
Landanteil ab 50 % vollständig abgereichert (gasförmige HNO
3
steht im Sommer erhöht zur
Verfügung).
Bahnhof-Winter
0
1
2
3
4
20
25
55
55
60
70
90
100 100
Landanteil (%)
Cl/Na - ss
Cl/Na-Wi
Bahnhof-Sommer
0
1
2
3
4
12
30
30
50
50
75
80
100
Landanteil (%)
Cl/Na - ss
Cl/Na-So
IfT-Winter
0
1
2
3
4
20
25
55
55
60
70
90
100 100
Landanteil (%)
Cl/Na - ss
Cl/Na-Wi
IfT-Sommer
0
1
2
3
4
12
30
30
50
50
75
80
100
Landanteil (%)
Cl/Na - ss
Cl/Na-So
Melpitz-Winter
0
1
2
3
4
20
25
55
55
60
70
90
100 100
Landanteil (%)
Cl/Na - ss
Cl/Na-Wi
Melpitz-Sommer
0
1
2
3
4
12
30
30
50
50
75
80
100
Landanteil (%)
Cl/Na - ss
Cl/Na-So
Abbildung 3.2.11: Chlorid/Natrium-Verhältnis (massebezogen) für Winter und Sommer am
Bahnhof, IfT und in Melpitz in Beziehung zum Landanteil der
zugeordneten Trajektorie

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60
3.2.3 Vergleich der Messungen des Berner-Impaktors und des Digitel-Filtersammlers
Zusätzlich zu der größenaufgelösten Partikelsammlung mittels Berner-Impaktor (4 Stufen bis
3,5 μm, auf Teflonfolie) wurden Filterproben mittels Digitel-DHA80 Filtersammler
(Gesamtfilter bis 2,5 μm, Quarzfaserfilter) genommen. Der Vergleich der beiden
Sammelarten für Winter und Sommer wird im Folgenden behandelt.
Wintermesskampagne
In Abb. 3.2.12 werden die Gesamtmasse (Digitel: gewogen, Berner: Summe der gewogenen
Impaktorstufen), die bestimmte lösliche Masse und der Anteil lösliche Masse an der
Gesamtmasse dargestellt.
Masse
gesamt
0
10
20
30
40
μg /m
3
Digitel
Berner
Masse
löslich
0
5
10
15
20
25
μg /m
3
Digitel
Berner
Anteil
löslich
an GM
0
20
40
60
80
100
%
Digitel
Berner
Abbildung 3.2.12: Vergleich der Gesamtmasse (Digitel: gewogen, Berner: Summe der
gewogenen Impaktorstufen), der bestimmten löslichen Masse und des
Anteils löslicher Masse an der Gesamtmasse zwischen Berner und Digitel
Die Gesamtmasse stimmt recht gut überein, zumal der Berner-Impaktor bis 3,5 μm und der
Digitel-Filtersammler nur bis 2,5 μm sammelt. Größere Unterschiede sind bei der bestimmten
löslichen Masse zu erkennen, was sich beim Anteil der löslichen Masse an der Gesamtmasse

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61
fortsetzt. Mit dem Digitel-Sammler werden höhere lösliche Massen bestimmt, was auf eine
Überbestimmung durch Gasphasenkomponenten deutet.
In Abb. 3.2.14 werden die einzelnen löslichen Komponenten verglichen. Dabei ist zu sehen,
dass Chlorid, Nitrat (außer 260100), Sulfat (außer 260200), Natrium und Magnesium relativ
gut übereinstimmen. Größere Unterschiede gibt es bei Ammonium (Überbestimmung durch
NH
3
) sowie Calcium und Kalium (evt.ein Verdünnungsproblem).
Sommermesskampgne
In Abb. 3.2.13 werden die Gesamtmasse (Digitel: gewogen, Berner: Summe der gewogenen
Impaktorstufen), die bestimmte lösliche Masse und der Anteil lösliche Masse an der
Gesamtmasse dargestellt.
Masse
löslich
0
5
10
15
20
μg /m
3
Digitel
Berner
Masse
gesamt
0
10
20
30
40
μg /m
3
Digitel
Berner
Anteil
löslich
an GM
0
10
20
30
40
50
60
70
%
Digitel
Berner
Abbildung 3.2.13: Vergleich der Gesamtmasse (Digitel: gewogen, Berner: Summe der
gewogenen Impaktorstufen), der bestimmten löslichen Masse und des
Anteils löslicher Masse an der Gesamtmasse zwischen Berner und Digitel
Die Gesamtmasse und die bestimmte lösliche Masse stimmen recht gut überein, außer B
160800 und 260800 (wahrscheinlich Gerätefehler des Berner-Impaktors). Die höheren Werte
des Berner-Impaktors (Gesamtmasse, lösliche Masse und Anteil an Gesamtmasse) resultieren
aus der unterschiedlichen Sammelschnittstelle (Berner: 3,5 μm, Digitel: 2,5 μm).

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62
Eine Betrachtung der Einzelionen ist in Abb. 3.2.15 dargestellt. Eine relativ gute
Übereinstimmung ist für die Komponenten Sulfat, Ammonium, Calcium und Magnesium zu
CHLORID
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
μg /m
3
Digitel
Berner
NITRAT
0
2
4
6
8
10
12
μg /m
3
Digitel
Berner
SULFAT
0
1
2
3
4
5
μg /m
3
Digitel
Berner
AMMONIUM
0
1
2
3
4
5
6
μg /m
3
Digitel
Berner
Abbildung 3.2.14: Vergleich der einzelnen löslichen Komponenten zwischen Berner und
Digitel der Wintermesskampagne

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63
CALCIUM
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
μg /m
3
Digitel
Berner
NATRIUM
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
μg /m
3
Digitel
Berner
KALIUM
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
μg /m
3
Digitel
Berner
MAGNESIUM
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
μg /m
3
Digitel
Berner
Abbildung 3.2.14: Fortsetzung

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64
CHLORID
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
μg /m
3
Digitel
Berner
NITRAT
0
1
2
3
μg /m
3
Digitel
Berner
SULFAT
0
2
4
6
8
10
μg /m
3
Digitel
Berner
AMMONIUM
0
1
2
3
4
5
6
μg /m
3
Digitel
Berner
Abbildung 3.2.15: Vergleich der einzelnen löslichen Komponenten zwischen Berner und
Digitel der Sommermesskampagne

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65
CALCIUM
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
μg /m
3
Digitel
Berner
NATRIUM
0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
μg /m
3
Digitel
Berner
KALIUM
0
0,2
0,4
0,6
0,8
μg /m
3
Digitel
Berner
MAGNESIUM
0,0
0,1
0,2
μg /m
3
Digitel
Berner
Abbildung 3.2.15: Fortsetzung

66
erkennen. Chlorid stimmt an den ersten drei Messtagen gut überein, dann findet nur der
Digitel-Sammler noch Chlorid, was auch durch Kondensation gasförmiger HCl verursacht
worden sein könnte. Natrium und Kalium werden vom Digitel-Sammler höher bestimmt.
Nitrat weist die größten Unterschiede auf. Der Digitel-Sammler unterbestimmt die
Nitratkomponente sehr stark. Wahrscheinlich wird es als gasförmige HNO
3
mit dem
Luftstrom (bei Digitel hoch) bei Sommertemperaturen ausgetragen. High-Volume-
Filtersammler sind deshalb nicht geeignet, die Nitratmasse des Aerosols im Sommer richtig
zu bestimmen.
Gesamtmasse
0
5
10
15
20
25
30
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
μg /m
3
Digitel
Berner
Lösliche Masse
0
5
10
15
20
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
μg /m
3
Digitel
Berner
Anteil Masse
lösl.
an GM
0
20
40
60
80
B-W
B-S
IfT-W
IfT-S
M-W
M-S
%
Digitel
Berner
Abbildung 3.2.16: Vergleich der mit Berner-Impaktor und Digitel-Filtersammler bestimmten
mittleren Gesamtmasse, mittleren löslichen Masse und dem mittleren
Anteil der löslichen Masse an der Gesamtmasse (GM) für Winter (W) und
Sommer (S) am Bahnhof (B), IfT und in Melpitz (M)
Der Vergleich der mittleren Gesamtmasse, der mittleren löslichen Masse und des mittleren
Anteils der löslichen Masse an der Gesamtmasse, dargestellt in Abb. 3.2.16, suggeriert eine
relativ gute Übereinstimmung für die gemittelten Massen. Die Unterschiede in den einzelnen
Spezies, die sich auch teilweise ausgleichen, werden verwischt.
Im Folgenden die verwendeten Daten in den Tabellen 3.2.1. bis 3.2.16.

67
Tabelle 3.2.1: Mittlere lösliche Absolutmasse und Anteil dieser an Gesamtmasse für Winter
(Wi) und Sommer (So) an den Standorten Bahnhof (B), IfT und Melpitz (M)
Masse
löslich
(μg/m
3
)
Anteil
löslich
an GM
(%)
Wi-B 12,94 47,2
So-B 5,25 27,9
Wi-IfT 11,68 48,2
So-IfT 5,31 35,5
Wi-M 10,55 50,6
So-M 4,63 37,9
Tabelle 3.2.5: Mittlerer Anteil der löslichen Impaktorstufenmasse an der Gesamtmasse
im Winter (W) und Sommer (S) für Bahnhof (B), IfT und Melpitz (M) in %
Stufe B-W B-S IfT-W IfT-S M-W M-S
St1 1,9 1,4 1,6 1,2 1,3 1,1
St2 9,2 5,7 8,8 7,3 9,2 7,2
St3 27,9 14,1 29,4 20,2 30,9 21,9
St4 8,2 6,7 8,5 7,6 9,3 7,8
Tabelle 3.2.6: Mittlerer Anteil der löslichen Stufenmasse an der Partikelmasse der Stufen 1
bis 4 im Winter (W) und Sommer (S) für Bahnhof (B), IfT und Melpitz (M)
n %
Stufe B-W B-S IfT-W IfT-S M-W M-S
St1 25,5 8,7 42,2 22,5 52,0 32,5
St2 40,0 34,2 36,7 33,0 41,7 44,0
St3 54,7 33,0 53,6 40,9 53,8 40,6
St4 45,9 26,9 47,7 31,7 51,1 35,1
Tabelle 3.2.7: Mittlere Konzentrationen der löslichen Einzelspezies im Winter (Wi) und
Sommer (So) am Bahnhof (B), IfT und in Melpitz(M) in μg/m
3
Cl
-
NO
3-
SO
42-
Ox
2-
NH
4+
Na
+
K
+
Ca
2+
Mg
2+
Wi-B 0,522 6,373 2,711 0,042 2,583 0,298 0,168 0,190 0,054
So-B 0,149 1,463 1,850 0,061 1,308 0,127 0,085 0,162 0,050
Wi-IfT 0,398 5,649 2,628 0,036 2,420 0,247 0,160 0,103 0,045
So-IfT 0,077 1,320 2,112 0,060 1,391 0,131 0,079 0,111 0,031
Wi-M 0,299 5,098 2,423 0,040 2,283 0,202 0,128 0,049 0,035

68
So-M 0,068 1,021 1,968 0,056 1,224 0,120 0,093 0,065 0,022
Tabelle 3.2.8: Mittlere Konzentration der löslichen Komponenten auf den Impaktorstu-
fen 1 bis 4 am Bahnhof (B), IfT und in Melpitz(M) für Winter (W) und
Sommer (S) in μg/m
3
Stufe 4
Cl
-
NO
3-
SO
42-
Ox
2-
NH
4+
Na
+
K
+
Ca
2+
Mg
2+
W-B 0,184 1,109 0,315 0,010 0,229 0,225 0,022 0,128 0,037
S-B 0,130 0,583 0,191 0,015 0,117 0,098 0,018 0,078 0,036
W-IFT 0,115 1,087 0,286 0,008 0,248 0,185 0,020 0,067 0,033
S-IfT 0,066 0,435 0,170 0,012 0,122 0,104 0,018 0,067 0,023
W-M 0,092 0,994 0,322 0,007 0,289 0,156 0,017 0,032 0,027
S-M 0,064 0,393 0,193 0,013 0,142 0,084 0,017 0,029 0,016
Stufe 3
Cl
-
NO
3-
SO
42-
Ox
2-
NH
4+
Na
+
K
+
Ca
2+
Mg
2+
W-B 0,230 3,681 1,769 0,025 1,728 0,061 0,097 0,052 0,013
S-B 0,016 0,639 0,949 0,028 0,872 0,022 0,047 0,066 0,011
W-IFT 0,196 3,373 1,735 0,020 1,623 0,049 0,094 0,028 0,010
S-IfT 0,010 0,705 1,257 0,030 0,928 0,020 0,040 0,031 0,007
W-M 0,147 3,060 1,579 0,021 1,508 0,039 0,075 0,013 0,007
S-M 0,004 0,524 1,187 0,030 0,812 0,030 0,061 0,026 0,005
Stufe 2
Cl
-
NO
3-
SO
42-
Ox
2-
NH
4+
Na
+
K
+
Ca
2+
Mg
2+
W-B 0,090 1,327 0,529 0,007 0,507 0,009 0,042 0,006 0,002
S-B 0,003 0,207 0,561 0,014 0,267 0,004 0,015 0,011 0,002
W-IFT 0,075 1,018 0,518 0,007 0,454 0,009 0,039 0,004 0,002
S-IfT 0,000 0,175 0,578 0,017 0,295 0,005 0,017 0,007 0,001
W-M 0,056 0,923 0,467 0,009 0,420 0,007 0,032 0,002 0,001
S-M 0,000 0,101 0,508 0,012 0,238 0,004 0,013 0,006 0,001
Stufe 1
Cl
-
NO
3-
SO
42-
Ox
2-
NH
4+
Na
+
K
+
Ca
2+
Mg
2+
W-B 0,018 0,257 0,097 0,000 0,119 0,004 0,007 0,005 0,001
S-B 0,000 0,036 0,149 0,004 0,053 0,002 0,006 0,008 0,001
W-IFT 0,013 0,172 0,089 0,000 0,095 0,004 0,006 0,004 0,001
S-IfT 0,001 0,005 0,108 0,002 0,046 0,003 0,006 0,006 0,001
W-M 0,003 0,120 0,054 0,004 0,067 0,000 0,004 0,001 0,001
S-M 0,001 0,004 0,080 0,001 0,034 0,003 0,004 0,005 0,001

 
69
Tabelle 3.2.9: Mittlerer Anteil von Nitrat, Sulfat und Ammonium an der Partikelmasse
der Stufen 1 bis 4 am Bahnhof (B), IfT und in Melpitz (M) für Winter (W)
und Sommer (S) in %
Stufe 4
NO3
SO4
NH4
B-W 19,5 5,5 4,0
B-S 11,0 3,6 2,2
IfT-W 25,3 6,7 5,8
IfT-S 12,1 4,7 3,4
M-W 26,1 8,5 7,6
M-S 11,9 5,8 4,3
Stufe 3
NO3
SO4
NH4
B-W 26,3 12,6 12,3
B-S 7,0 10,4 9,6
IfT-W 25,4 13,0 12,2
IfT-S 9,5 17,0 12,5
M-W 25,5 13,2 12,6
M-S 7,9 18,0 12,3
Stufe 2
NO3
SO4
NH4
B-W 21,1 8,4 8,0
B-S 5,7 15,6 7,4
IfT-W 17,6 8,9 7,8
IfT-S 5,3 17,5 8,9
M-W 20,1 10,1 9,1
M-S 5,1 25,4 11,9
Stufe 1
NO3
SO4
NH4
B-W 12,8 4,9 6,0
B-S 1,1 4,5 1,6
IfT-W 19,1 9,9 10,6
IfT-S 0,7 13,5 5,8
M-W 24,1 10,9 13,4
M-S 1,0 19,9 8,4

70
Tabelle 3.2.10: Vergleich mittlerer Konzentrationen löslicher Komponenten nach
maritimen (mar.) und kontinentalen (kont.) Luftmassen für Winter und
Sommer am Bahnhof (B), IfT und in Melpitz (M) in μg/m
3
Sommer Cl
-
NO
3-
SO
42-
NH
4+
Na
+
Ca
2+
B-mar. 0,194 1,094 1,291 1,332 0,173 0,165
B-kont. 0,104 1,833 2,408 1,284 0,080 0,160
IfT-mar. 0,154 1,080 1,356 1,387 0,185 0,103
IfT-kont. 0,000 1,560 2,869 1,394 0,077 0,119
M-mar. 0,136 0,872 1,280 1,205 0,183 0,073
M-kont. 0,000 1,170 2,656 1,243 0,058 0,057
Winter Cl
-
NO
3-
SO
42-
NH
4+
Na
+
Ca
2+
B-mar. 0,702 6,023 2,585 2,360 0,466 0,243
B-kont. 0,378 6,654 2,812 2,761 0,164 0,148
IfT-mar. 0,466 5,669 2,836 2,475 0,312 0,104
IfT-kont. 0,262 5,608 2,210 2,310 0,118 0,102
M-mar. 0,337 4,896 2,619 2,255 0,253 0,054
M-kont. 0,222 5,501 2,030 2,339 0,099 0,040

 
71
Tabelle 3.2.11: Chlorid/Natrium-Verhältnis (massebezogen) für Winter und Sommer am
Bahnhof, IfT und in Melpitz in Beziehung zum Landanteil der Luftmasse
Winter Land-
Anteil (%)
Cl/Na Sommer Land-
Anteil (%)
Cl/Na
B
12.02.00 20 0,99 19.07.00 12 1,75
22.12.99 25 2,02 28.06.00 30 0,70
26.02.00 55 1,71 30.07.00 30 3,26
06.03.00 55 0,97 16.08.00 50 0,00
23.01.00 60 2,65 26.08.00 50 0,00
12.01.00 70 3,23 23.08.00 75 0,06
26.01.00 90 2,59 01.08.00 80 (26)
06.01.00 100 1,62 19.08.00 100 0,00
22.02.00 100 1,77
IfT
12.02.00 20 0,96 19.07.00 12 1,31
22.12.99 25 3,06 28.06.00 30 0,55
26.02.00 55 1,42 30.07.00 30 2,80
06.03.00 55 0,88 16.08.00 50 0,00
23.01.00 60 1,41 26.08.00 50 0,10
12.01.00 70 1,83 23.08.00 75 0,00
26.01.00 90 3,04 01.08.00 80 0,00
06.01.00 100 2,20 19.08.00 100 0,00
22.02.00 100 1,70