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Tendenzen und Verursacher für die NO
2
-Belastung
1. Zwischenbericht
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie

Tendenzen und Verursacher für die NO
2
-Belastung in Sachsen
1. Zwischenbericht
IVU Umwelt GmbH
Volker Diegmann, Dr. Götz Wiegand,
Dr. Lina Neunhäuserer, Anna Mahlau
Mail: volker.diegmann@ivu-umwelt.de
und
TÜV NORD Mobilität GmbH & CO. KG
Heinz Steven
IFM - Antrieb / Emissionen

Inhaltsverzeichnis
1
Einführung und Problemstellung ......................................................................................1
1.1
Einordnung des Vorhabens..............................................................................................1
1.2
Ziele des Vorhabens ........................................................................................................1
2
Inhalt des 1. Zwischenberichts.........................................................................................1
3
Ermittlung der Tendenzen für die NO
2
-Belastung in Sachsen im Vergleich zum
bundesdeutschen Trend...................................................................................................2
3.1
Statistische Analyse der sächsischen Daten....................................................................2
3.1.1
Datenverfügbarkeit...........................................................................................................2
3.1.2
Clusteranalyse.................................................................................................................. 5
3.1.2.1
NO-Zeitreihen................................................................................................................... 5
3.1.2.2
NO
2
-Zeitreihen .................................................................................................................8
3.1.2.3
NO
2
/NOx-Verhältnis .......................................................................................................10
3.1.2.4
Ozon...............................................................................................................................10
3.1.3
Trendanalyse auf Stundenwertbasis .............................................................................. 12
3.1.3.1
Mann-Kendall-Test für saisonbehaftete Daten ............................................................... 12
3.1.3.2
Ergebnisse für NOx, NO
2
und Ozon...............................................................................13
3.1.3.3
Ergebnisse für das NO
2
/NOx-Verhältnis......................................................................... 15
3.2
Vergleich der sächsischen NO
2
-Messungen mit bundesdeutschen Messdaten............. 17
3.2.1
Jahresdaten Sachsen.....................................................................................................17
3.2.2
Jahresdaten Deutschland...............................................................................................19
3.2.3
Vergleich der Jahresdaten für Sachsen und Deutschland.............................................. 21
3.2.4
Vergleich zum Romberg-Ansatz.....................................................................................22
3.3
Quantifizierung des meteorologischen Einflusses, Berücksichtigung der Ozonchemie.. 25
3.3.1
Entwicklung der Ozonwerte und meteorologischer Komponenten im Jahresmittel ........ 25
3.3.2
Statistische Analyse möglicher Einflussfaktoren ............................................................ 28
3.3.2.1
Betrachtete Stationen.....................................................................................................28
3.3.2.2
Eingangsdaten ...............................................................................................................33
3.3.2.2.1
Immissionen............................................................................................................33
3.3.2.2.2
Photochemisches Gleichgewicht.............................................................................33
3.3.2.2.3
Verkehrsdaten.........................................................................................................34
3.3.2.2.4
Meteorologische Daten............................................................................................35
3.3.2.3
Einflussfaktoren Emissionen und Ozonchemie .............................................................. 35
3.3.2.3.1
Korrelationsmatrizen................................................................................................35
3.3.2.3.2
Multivariate Regressionsanalyse.............................................................................38
3.3.2.4
Einflussfaktoren Meteorologie........................................................................................38
3.3.2.4.1
Korrelationsmatrizen................................................................................................39

3.3.2.4.2
Multivariate Regressionsanalyse.............................................................................42
3.4
Prüfung eines möglichen Bedarfs für die Weiterentwicklung des sächsischen
Luftmessnetzes.......................................................................................................42
3.4.1
Betrachtetes Messnetz...................................................................................................43
3.4.2
Methodik......................................................................................................................... 44
3.4.2.1
Berechnungen mit FLADIS.............................................................................................44
3.4.2.2
Ausbreitungsrechnungen mit LASAT ............................................................................. 45
3.4.2.2.1
Modellgebiet und Orographie..................................................................................45
3.4.2.2.2
Meteorologie............................................................................................................46
3.4.2.2.3
Emissionen..............................................................................................................47
3.4.2.2.4
Immissionsberechnung............................................................................................49
3.4.3
Ergebnisse .....................................................................................................................51
3.4.4
Auswertung ....................................................................................................................55
4
Ermittlung der wesentlichen Verursacher für die NO
2
-Belastung in Sachsen................. 60
4.1
Überprüfung der in den Luftreinhalteplänen getroffenen Aussagen ............................... 60
4.2
Vertiefende Analyse der Kraftfahrzeugtechnik und Abgasminderungstechnologien ...... 61
4.2.1
Modellierung der Emissionsfaktoren für NOx ................................................................. 61
4.2.1.1
Vorbemerkungen............................................................................................................61
4.2.1.2
Modifizierungen für Pkw.................................................................................................62
4.2.1.3
Modifizierungen für leichte Nutzfahrzeuge ..................................................................... 64
4.2.1.4
Modifizierungen für schwere Nutzfahrzeuge .................................................................. 66
4.2.2
Erstellung einer modifizierten Emissionsdatenbasis für Bezugsjahre zwischen 2008 und
2020 ............................................................................................................................... 66
4.2.3
Vorschlag zum NO
2
-Anteil am NOx-Abgas .................................................................... 75
4.3
Ableitung von Fortschreibungsbedarf für das sächsische Emissionskataster ................ 75
5
Prognose der Entwicklung bis 2020 ............................................................................... 76
5.1
Aussagen der Luftreinhaltepläne....................................................................................76
5.1.1
Prognose 2010...............................................................................................................76
5.1.2
Prognose 2015...............................................................................................................77
5.2
Prognose der Entwicklung für die Bergstraße und die Lützner -Straße..........................78
5.3
Einfluss der Klimaänderung auf die NO
2
-Belastungssituation........................................82
6
Erste Schlussfolgerungen für Maßnahmen zur Minderung der NO
2
-Belastung.............. 84
7
Zusammenfassung.........................................................................................................85
8
Literaturverzeichnis ........................................................................................................88

Abkürzungsverzeichnis
[...] Kennzeichnung Volumenkonzentration
[...]
B
Kennzeichnung Überdach-Konzentration als Volumenkonzentration
a Beschleunigung
AKTerm Ausbreitungsklassen-Zeitreihe
AP Aktionsplan
BASt
Bundesanstalt für Straßenwesen
BJ Bezugsjahr
d. h.
das heißt
DTV
durchschnittlicher täglicher Verkehr
DWD Deutscher Wetterdienst
E-Faktoren Emissionsfaktoren
EMPA
Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt
EoI
Exchange of Information; Informationsaustausch Luftqualität innerhalb der EU
(2001/752/EG)
EURO x
EURO 1 bis EURO 6, EURO I bis EURO VI; Abgasnormen
FT Ferntransport
FuE
Forschung und Entwicklung
GFA Großfeuerungsanlage
ggf. gegebenenfalls
GWL Großwetterlage
Haus Hausbrand
HBEfa
Handbuch Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs
Hum relative Feuchte
Ind
Industrie – Gewerbe - Großfeuerungsanlagen
k
1
NO
2
-Photolysefrequenz
k
3
Reaktionskonstante für Ozonabbau durch NO in NO
2
und O
2
k. A.
keine Angabe
Kap. Kapitel
KBA Kraftfahrt-Bundesamt
Kfz Kraftfahrzeug
Klein Kleinverbraucher
Krad
Motorrad, Kraftrad, einspuriges Kraftfahrzeug
Land Landwirtschaft
LfUG
Sächsisches Landsamt für Umwelt und Geologie (bis 01.08.2008)
LfULG
Sächsisches Landsamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (seit 01.08.2008)

LIMBA
Luftimmissionsdatenbank des Umweltbundesamtes
LKW Lastkraftwagen
LNfz Leichte Nutzfahrzeuge
LRP Luftreinhalteplan
NO Stickstoffmonoxid
NO
2
Stickstoffdioxid
NO2Emis NO
2
-Emissionen
NO2zuNOx NO
2
/NOx-Emissionsverhältnis
NOx Stickstoffoxid
O atomarer Sauerstoff
O
2
molekularer Sauerstoff
O
3
Ozon
OI Optimale Interpolation
PCE
Photochemical Equilibrium; Photochemisches Gleichgewicht
Pkw Personenkraftwagen
PM10
Partikel (Particulate Matter) <10 μm (aerodynamischer Durchmesser)
Pre Luftdruck
Rad Strahlung
RB Regierungsbezirk
RP Regierungspräsidium
SCR
selektive katalytische Reduktion von Stickstoffoxiden in Abgasen
SNfz Schwere Nutzfahrzeuge
Sum Summe
SumKfz
Summe der Kraftfahrzeuge
Tem Temperatur
THG Treibhausgas
u. a.
unter anderem
UBA Umweltbundesamt
ÜS Überschreitung
v Geschwindigkeit
VDI
Verein Deutscher Ingenieure
VS
Verkehr Sonstige (Flugverkehr, Schifffahrt, Schienenverkehr)
WiG Windgeschwindigkeit
WiR Windrichtung
z. B.
zum Beispiel
zul. zulässig

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
1
1. Zwischenbericht
1
Einführung und Problemstellung
1.1
Einordnung des Vorhabens
Das Sächsische Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG) ist u. a. zuständig für
die Überwachung der Luftqualität und die Prüfung von Maßnahmen zur Einhaltung von
Grenzwerten bzw. zur Verminderung von Luftverunreinigungen.
Die NO
2
-Belastung in Sachsen liegt in den drei Ballungsräumen Dresden, Chemnitz und Leipzig
über den Grenzwerten für 2010 bzw. über den zurzeit geltenden Grenzwerten inklusive der
Toleranzmarge. Diese Überschreitungen sind neben den Grenzwertüberschreitungen bei PM10 die
Auslöser für die Aufstellung von Luftreinhalteplänen. Die Luftreinhaltepläne müssen verhältnis-
mäßige und verursachergerechte Maßnahmen zur Minderung der Belastung bis zur Einhaltung der
Grenzwerte beinhalten.
Als Hauptverursacher für die NO
2
-Belastung gilt der Straßenverkehr. Durch die Entwicklung der
Motortechnik und der Abgasnachbehandlung sind bisher nicht ausreichend untersuchte Einflüsse
auf die direkten NO
2
-Emissionen und damit die Belastungen an verkehrsreichen Straßen
entstanden. Die weitere Entwicklung auf technischem Gebiet und die Auswirkungen auf die
Immissionsbelastung sind vor dem Hintergrund sich ändernder meteorologischer Bedingungen
(Klimawandel) abzuschätzen. Nur so können weitere zielführende Maßnahmen in Luftreinhalte-
plänen erkannt und modelliert werden.
1.2
Ziele des Vorhabens
Um die
NO
2
-Belastung und ihre Entwicklung in Sachsen zu analysieren, wurde vom Sächsischen
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie das FuE-Vorhaben "Tendenzen und
Verursacher für die NO
2
-Belastung in Sachsen" initiiert, zu dem mit diesem Text der 1. Zwischen-
bericht vorliegt. Die Ziele des Vorhabens sind:
a) Ermittlung der Tendenzen für die NO
2
-Belastung in Sachsen im Vergleich zum bundes-
deutschen Trend
b)
Ermittlung der wesentlichen Verursacher für die NO
2
-Belastung in Sachsen
c)
Prognose der Entwicklung bis 2020
d)
Schlussfolgerungen für Maßnahmen zur Minderung der NO
2
-Belastung
2
Inhalt des 1. Zwischenberichts
Der 1. Zwischenbericht
stellt die Arbeiten im Projekt des Jahres 2008 vor. Darin werden alle
Arbeitspakete der Projektbeschreibung gemäß der Leistungsbeschreibung durch das Land
Sachsen und des Angebots durch den Auftragnehmer in ihrem derzeitigem Bearbeitungsstand
beschrieben.
Ein wesentlicher Schwerpunkt der Arbeiten lag in der Ermittlung der Tendenzen für die NO
2
-
Belastung auf der Basis von Messdaten (Kapitel 3) mit den Unterpunkten:
-
Statistische Analyse
der sächsischen Daten (Kapitel 3.1)
-
Vergleich der sächsischen NO
2
-Messungen mit bundesdeutschen Messdaten
(Kapitel 3.2)
-
Quantifizierung
des meteorologischen Einflusses und Berücksichtigung der
Ozonchemie (Kapitel 3.3)
-
Prüfung eines
möglichen Bedarfs für die Weiterentwicklung des sächsischen
Luftmessnetzes (Kapitel 3.4)

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
2
1. Zwischenbericht
In Ergänzung zur statistischen Analyse in Kapitel 3 wurden die vollständigen Auswertungen zur
Clusteranalyse, Trendanalyse und Korrelationsanalyse im Anlagenband zum 1. Zwischenbericht
zusammengefasst.
Ein weiterer Schwerpunkt war die Ermittlung der wesentlichen Verursacher für die NO
2
-Belastung
in Sachsen (Kapitel 4) mit dem Hauptaugenmerk auf der vertiefenden Analyse der Kraftfahrzeug-
technik und Abgasminderungstechnologien (Kapitel 4.2), die die Prognose der Emissions-
entwicklung
bis 2020 beinhaltet (Kapitel 4.2.2). Autor der Analyse der Kraftfahrzeugtechnik in
Kapitel
4.2 ist Heinz Steven (TÜV Nord).
In Kapitel 5 wird u. a. die in Kapitel 4.2.2 prognostizierte Emissionsentwicklung auf zwei exem-
plarische
Hotspots angewendet und mit der Emissionsentwicklung auf der Basis aktueller Daten
verglichen, um den Einfluss der Emissionsdatenbasis auf die NO
2
-Belastung zu überprüfen
(Kapitel 5.2). Zudem wird der Einfluss der langfristigen Klimaentwicklung auf die mittelfristige
Entwicklung der NO
2
-Belastung diskutiert (Kapitel 5.3).
Kapitel 6 enthält erste Schlussfolgerungen für Maßnahmen zur Minderung der NO
2
-Belastung.
Der 1. Zwischenbericht bildet damit eine gute Basis für die sich im Frühjahr 2009 anschließende
Aktualisierung, bei der ausgewählte Fragestellungen vertiefend analysiert und die Datenbasis, wo
nötig, aktualisiert werden kann.
3
Ermittlung der Tendenzen für die NO
2
-Belastung in Sachsen im Vergleich zum
bundesdeutschen Trend
3.1
Statistische Analyse der sächsischen Daten
Der
Freistaat Sachsen betreibt zur Überwachung und Beurteilung der Luftqualität ein stationäres
Luftgütemessnetz mit ca. 30 Messstationen. Erfasst werden an diesen Stationen u. a. die
Konzentrationen von
- Stickstoffoxiden (NO
x
, NO
2
und NO)
- Ozon (O
3
).
Zusätzlich werden an allen Stationen auch meteorologische Komponenten gemessen.
Für die vom Auftraggeber bereitgestellten Messdaten der letzten Jahre wurden statistische
Analysen zur Ermittlung von Trends durchgeführt. Dabei wurden die Stationen mittels einer
Clusteranalyse nach unterschiedlichen Merkmalen differenziert. Die Ergebnisse der Clusteranalyse
wurden mit der Stationsklassifizierung (gemäß EoI) abgeglichen. Bei der Trendanalyse wurde eine
differenzierte Betrachtung von NO
x
, NO und NO
2
durchgeführt sowie das Verhältnis von NO
2
zu
NOx untersucht.
3.1.1
Datenverfügbarkeit
Für die Datenauswertung
wurden Messzeitreihen aus den Jahren 1995 bis 2007 ausgewertet.
Tabelle 3-1 zeigt für den Stoff NO
2
die Liste der Messstationen, für die im Untersuchungszeitraum
01.01.1995 – 31.12.2007 Daten vorlagen, mit EoI-Klassifizierung, Messbeginn, Mittelwert über den
angegebenen Zeitraum sowie die Anzahl der verfügbaren Werte bzw. deren Anteil bezogen auf den
Untersuchungszeitraum. Die Messdaten lagen in stündlicher Auflösung vor.
Die Datenverfügbarkeit für NO
2
ist in Abbildung 3-1 dargestellt. Sortierkriterium der Stationen
entlang der Abszisse ist dabei der Mittelwert der NO
2
-Immissionen über den
Untersuchungszeitraum. Der auf der Ordinate aufgetragene Index stellt die numerische
Repräsentation des Kalenderdatums (Anzahl Stunden seit Beginn des Untersuchungszeitraums)
dar. Fehlwerte sind rot kodiert, die Graustufen bilden die Stundenwerte der gemessenen

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
3
1. Zwischenbericht
Konzentrationen ab. Abbildung 3-2 veranschaulicht die Anzahl der Fehlwerte der einzelnen
Stationen. Tabelle und Abbildungen zeigen, dass im Jahr 2001 eine (Leipzig-Lützner Str.) und im
Jahr 2005 zwei (Chemnitz-Leipziger Str., Dresden-Bergstr.) Verkehrsmessstationen in Betrieb
gingen, die im Mittel mit die höchsten NO
2
-Werte messen.
Tabelle 3-1: Mittelwert und Verfügbarkeit für NO
2
-Messungen der Messstationen im
Zeitraum 1995 bis 2007
Stationsname
Kürzel
Höhe
(m)
EoI
Gebietstyp
EoI
Stationstyp
Mess-
beginn
Mittelwert
(μg/m³)
verfügbare
Werte
verfügb.
Anteil (%)
Annaberg-
Buchholz
Annaberg-R
545
urban
Hintergrund 01.09.1994
29.7
108675
95.4
Bautzen
Bautzen-U
203
urban
Hintergrund 01.09.1994
26.2
109071
95.7
Borna
Borna-V
145
urban
Verkehr
01.09.1994
36
108319
95.1
Chemnitz-
Leipziger Str.
ChmtzLpz-V 327
urban
Verkehr
01.01.2005
60.4
24230
21.3
Chemnitz-Mitte ChmtzMit-U
300
urban
Hintergrund 01.12.1990
30.9
107052
93.9
Chemnitz-Nord ChmtzNor-V 296
urban
Verkehr
01.09.1994
39.2
108555
95.3
Collmberg
Collm-R
313
rural abgel. Hintergrund 01.10.1998
12.9
77900
68.4
Delitzsch
Delitzsc-U
100
urban
Hintergrund 01.09.1994
24.9
108328
95.1
Dresden-
Bergstr.
DrdnBerg-V
150
urban
Verkehr
01.01.2005
57
24184
21.2
Dresden-
HerzoginGarten
DDHerzog-
U
112
urban
Hintergrund 01.01.2006
26.3
17291
15.2
Dresden-Nord
DrdnNord-V
112
urban
Verkehr
01.09.1994
46.1
106608
93.6
Freiberg
Freiberg-U
393
urban
Hintergrund 01.09.1994
31.1
109131
95.8
Glauchau
Glauchau-U
233
urban
Hintergrund 01.09.1994
29
108340
95.1
Görlitz
Goerlitz-V
210
urban
Verkehr
01.09.1994
31.6
107401
94.3
Hoyerswerda
Hoywerda-U 117
urban
Hintergrund 01.09.1994
18.8
108210
95.0
Klingenthal
Klinthal-U
540
urban
Hintergrund 01.09.1994
19
108762
95.4
Leipzig-Lützner
Str.
LpzLuet-V
110
urban
Verkehr
01.01.2001
47.6
40723
35.7
Leipzig-Mitte
LpzMit-V
110
urban
Verkehr
01.12.1990
48.8
106433
93.4
Leipzig-West
LpzWest-U
115
urban
Hintergrund 01.09.1994
22.9
108679
95.4
Plauen-Süd
Plausued-V
343
urban
Verkehr
06.08.1998
33.1
78593
69.0
Radebeul-
Wahnsdorf
RadeWahn-
RU
246
rural
stadtnah
Hintergrund 01.12.1967
18.6
105454
92.5
Schwartenberg Schwarbg-R 787
rural abgel. Hintergrund 06.02.1998
12.4
83713
73.5
Zinnwald
Zinnwald-R
877
rural reg.
Hintergrund 01.05.1978
12.9
105414
92.5
Zittau-Ost
ZittOst-UR
230
vorurban
Hintergrund 01.07.1990
16
107678
94.5
Zwickau
Zwickau-V
265
urban
Verkehr
01.09.1994
35.3
106465
93.4
Farblegende
Verkehr
Städtisch Hintergrund
Vorstädt. Hintergrund
Ländlich stadtnah
Ländlich abgelegen/regional

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
4
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-1: Datenverfügbarkeit für NO
2
-Messungen
Abbildung 3-2: Anzahl Fehlwerte bei NO
2
-Messungen von 1995 bis 2007

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
5
1. Zwischenbericht
3.1.2
Clusteranalyse
Mit Hilfe einer Clusteranalyse wurden die Messstationen auf der Basis ihrer stundenfein
aufgelösten Messzeitreihen differenziert. Eine Clusteranalyse der Zeitreihen einer Größe – hier der
gemessenen Konzentrationen – deckt ähnliche Strukturen in den Zeitreihen auf. In der
vorliegenden Untersuchung wurde das hierarchische Clusteranalyseverfahren unter Verwendung
der euklidischen Distanz eingesetzt. Dazu wurde die Open-Source-Software "R" (R
DEVELOPMENT
CORE TEAM (2007)) verwendet.
Im ersten Schritt der Clusteranalyse werden die euklidischen Distanzen zwischen allen Elementen,
hier die Messzeitreihen der Stationen, untereinander berechnet. Die euklidische Distanz ist im
allgemeinen Fall des n-dimensionalen euklidischen Raums definiert durch die euklidische Norm des
Differenzvektors zwischen zwei Elementen A und B, d. h.:
=
=
()
n
i1
2
dist (A,B)
a
i
b
i
Im vorliegenden Fall entspricht n der Anzahl der Messwerte der Zeitreihen im Untersuchungszeit-
raum. a
i
bzw. b
i
entspricht dem Messwert der Zeitreihe A bzw. B zu jedem Eintrag der Zeitreihe.
Im zweiten Schritt werden die beiden Elemente (hier Zeitreihen) mit der kleinsten Distanz zu einem
Cluster verschmolzen, und als Position des Clusters wird der Schwerpunkt der beiden Elemente
berechnet. Diese beiden Schritte werden so oft durchgeführt, bis alle Elemente zu einer
gewünschten Anzahl von Clustern oder ggf. zu einem einzigen Cluster verschmolzen sind. Die auf
diese Weise entstandene Baumstruktur wird in der Regel mit einem Dendrogramm visualisiert.
3.1.2.1
NO-Zeitreihen
Das Dendrogramm
der Clusteranalyse für NO ist in Abbildung 3-3 dargestellt, Abbildung 3-4 zeigt
die Lage
der aktuell NO messenden Stationen in Sachsen.
Aus der Clusteranalyse bilden sich deutlich die Verkehrsstationen heraus (roter Kasten rechts in
Abbildung 3-3) . Die ländlichen Messstationen und
Übergangsstationen (ländlich stadtnah und
vorstädtischer Hintergrund) finden sich ebenfalls an zusammen hängenden Ästen (roter Kasten
links in Abbildung 3-3). Demnach stimmen die Ergebnisse der Clusteranalyse mit der EoI-
Klassifizierung
weitgehend überein. Davon abweichend ordnet sich die Station Zwickau-Werdauer
Straße nicht als Verkehrsstation, sondern zu den urbanen Hintergrundstationen ein (blaue Ellipse
rechts in Abbildung 3-3). Hoyerswerda, als städtische Hintergrundstation
klassifiziert, findet sich
nah bei den ländlichen bzw. Übergangsstationen wieder (blaue Ellipse links in Abbildung 3-3).

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
6
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-3: Dendrogramm NO
Abbildung 3-4: Stationen mit aktuellen NO-Messungen
Die Clusterung zeigt sich für die hier untersuchten Messzeitreihen bezüglich der Länge des
Auswertungszeitraums stabil. Dies wird im Folgenden am Beispiel von NO gezeigt, die Dendro-
gramme aller betrachteten Größen finden sich für jeweils zwei unterschiedlich lange Auswertungs-
zeiträume im Anlagenband, Kapitel A. In der Abbildung 3-5 ist das Dendrogramm für die Stationen
dargestellt,
die kontinuierlich vom 01.01.2001 bis zum 31.12.2007 NO gemessen haben. Darunter
ist in Abbildung 3-6 das Dendrogramm der seit dem
01.01.2006 kontinuierlich NO messenden
Stationen ausgegeben. Die Struktur der beiden Baumdiagramme ist identisch. Bei der Auswertung
über die letzten zwei Jahre (Abbildung 3-6) werden die drei neu hinzugekommen Verkehrsstationen

image
image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
7
1. Zwischenbericht
den bereits bestehenden Stationen zugeordnet. Die Station Dresden-HerzoginGarten ordnet sich
korrekt bei den städtischen Hintergrundstationen ein. Die Station Zwickau wird in beiden Fällen
eher im städtischen Hintergrund verortet als direkt verkehrsbezogen. Aufgrund der zeitlichen
Stabilität der Clusterung werden im Folgenden die Clusteranalysen über die letzten zwei Jahre
verwendet, die alle aktuell messenden Stationen berücksichtigen.
Abbildung 3-5: Dendrogramm NO (Auswertungszeitraum 2001 – 2007)
Abbildung 3-6: Dendrogramm NO (Auswertungszeitraum 2006 - 2007)

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
8
1. Zwischenbericht
3.1.2.2
NO
2
-Zeitreihen
Das Dendrogramm der Clusteranalyse für die NO
2
-Messungen ist in Abbildung 3-7 dargestellt, die
Lage der aktuell NO
2
messenden Stationen in Abbildung 3-8. Die Verkehrsmessstationen mit den
höchsten NO
2
-Konzentrationen mit Werten über 40 μg/m³ nach Tabelle 3-1 bilden eine eigene
Teilmenge (Chemnitz-Leipziger Str., Dresden-Bergstr., Leipzig-Mitte, Leipzig-Lützner Str., Dresden-
Nord; rotes Rechteck links in Abbildung 3-7).
Die drei
weiteren Verkehrsstationen (Chemnitz-Nord, Borna, Zwickau) bilden mit den geographisch
im westlichen Zentrum von Sachsen gelegenen Stationen im urbanen Hintergrund (Chemnitz-Mitte,
Glauchau) eine Teilmenge, die sich um die urbanen Hintergrundstationen Annaberg, Freiberg und
Dresden-HerzoginGarten sowie die Verkehrsstation Plauen-Süd ergänzen lässt.
Als Verkehrsstation liegt die Station Görlitz in einer Teilmenge mit den im NO
2
-Konzentrations-
niveau dicht beieinander liegenden Stationen Bautzen, Delitzsch und Leipzig-West, wobei die
Station Görlitz das niedrigste NO
2
-Niveau aller Verkehrsmessstationen aufweist.
Die Stationen mit dem niedrigsten NO
2
-Konzentrationsniveau im ländlichen Bereich und auch im
urbanen Hintergrund (Klingenthal und Hoyerswerda) bilden einen Teilmenge, in der die beiden
Bergstationen Zinnwald und Schwartenberg sich noch einmal abspalten.
In Abbildung 3-9 sind die aktuell NO
2
messenden Stationen vor dem NOx-Emissionskataster aus
dem Bezugsjahr 2004/2005 dargestellt.
Abbildung 3-7: Dendrogramm NO
2

image
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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
9
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-8: Stationen mit aktuellen NO
2
-Messungen
Abbildung 3-9: Stationen mit aktuellen NO
2
-Messungen vor dem NO
x
-Emissionskataster mit
Bezugsjahr 2004/2005

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
10
1. Zwischenbericht
3.1.2.3
NO
2
/NOx-Verhältnis
Für das Dendrogramm in Abbildung 3-10 ist aus den gleichzeitig vorliegenden stündlichen NO
2
-und
NOx-Messungen jeweils das NO
2
/NOx-Verhältnis gebildet worden. Wie schon bei der
Clusteranalyse für NO (Kapitel 3.1.2.1) bildet sich für die Verkehrsstationen eine eigene Teilmenge
heraus (roter Kasten in Abbildung 3-10), während sich die Verkehrsstation Zwickau bei den
urbanen
Hintergrundstationen wiederfindet (blaue Ellipse in Abbildung 3-10).
Abbildung 3-10: Dendrogramm der gemessenen NO
2
/NOx-Verhältnisse ab 2006
3.1.2.4
Ozon
Die Clusteranalyse
für die Stundenmittelwerte aller aktuell Ozon messenden Stationen ist als
Dendrogramm in Abbildung 3-11 dargestellt.
Die
ausgebildeten Äste des Baumdiagramms lassen sich gut durch räumliche Zuordnungen
erklären (siehe Abbildung 3-12). So bildet sich
-
der Nordwesten
mit Leipzig, Schkeuditz und Delitzsch,
-
der Nordosten von Hoyerswerda bis Niesky und Zittau Ost, wozu Collmberg und
Radebeul-Wahnsdorf assoziiert werden können,
-
der Südwesten von Plauen bis Freiberg und
-
die südlichen höher gelegenen Stationen von Carlsfeld bis Zinnwald
aus. Einen eigenen Ast bilden die Stationen in Dresden. Die Station Klingenthal stellt einen Sonder-
fall dar.

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
11
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-11: Dendrogramm Ozon
Abbildung 3-12: Stationen mit aktuellen Ozon-Messungen

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
12
1. Zwischenbericht
3.1.3
Trendanalyse auf Stundenwertbasis
3.1.3.1
Mann-Kendall-Test für saisonbehaftete Daten
Der nicht-parametrische Mann-Kendall-Test stellt, im Gegensatz zu parametrischen Tests, wenige
Anforderungen an die Daten. Eine unverzichtbare Annahme ist aber, dass die Daten unabhängig
sind und aus identischer Verteilung stammen (iid-Annahme, independent identical distributed).
Dieses ist bei den stündlichen NO
2
-Messungen nicht der Fall. Zwar kann mit einiger Berechtigung
angenommen werden, dass die Daten aus einer identischen Verteilung stammen, unabhängig sind
die Daten aber bestimmt nicht. Sie sind im Gegenteil in einer recht komplexen Überlagerung von
Tages-, Wochen- und Jahresgang autokorreliert.
Man kann der Verletzung der Unabhängigkeitsannahme auf zwei Arten begegnen:
1
Durch Einführung der effektiven Stichprobengröße, die aus der Autokorrelations-
funktion geschätzt werden kann, siehe z. B. Y
UE, S. & C.Y. WANG (2004).
2
Durch Verwendung von aggregierten Daten, siehe H
IPEL, K.W. & A.I. MCLEOD (2005)
und R DEVELOPMENT CORE TEAM (2007).
Im Rahmen dieser Studie wird auf die zweite Art vorgegangen. Hierzu werden die stündlichen
Daten auf Monatsmittelwerte aggregiert und die Funktion "Seasonal-MannKendall" aus dem
Package "Kendall" angewendet, siehe R D
EVELOPMENT CORE TEAM (2007). Dieses Vorgehen ist
unseres Erachtens zulässig, da die zeitliche Feinstruktur der NO
2
-Konzentrationen in diesem
Zusammenhang nicht interessiert, man ist vielmehr an dem längerfristigen Trend interessiert.
Das Ergebnis des Mann-Kendall-Tests ist die Signifikanz und die Richtung eines Trends.
Signifikant ist ein Trend bei 5%-Irrtumswahrscheinlichkeit im zweiseitigen Test. Als aufwärts- bzw.
abwärtsgerichtet wird ein Trend nach dem Vorzeichen bezeichnet. Eine weitergehende
Quantifizierung des Trends ist wegen des verwendeten nichtparametrischen Verfahrens nicht
möglich.
Es wurde der Trend in dem gesamten zur Verfügung stehenden Zeitraum untersucht. Eventuelle
Strukturbrüche wurden zunächst nicht untersucht. Zur besseren Visualisierung wurde eine lokal
gewichtete polynomiale Regression (R-function "lowess") rot in die Abbildungen der Trendanalysen
eingezeichnet.

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
13
1. Zwischenbericht
3.1.3.2
Ergebnisse für NOx, NO
2
und Ozon
An den folgenden Trenddarstellungen (Abbildung 3-13) für drei verschiedene Stationen soll
exemplarisch
das Verhalten der NOx-, NO
2
- und Ozon-Entwicklung diskutiert werden. Die Trend-
analysen für den vollständigen Datensatz der Messstationen sind im Anlagenteil in Kapitel B.4 dar-
gestellt.
Die drei Stationen sind
-
Bautzen als urbane Hintergrundstation mit einem über den ganzen Zeitraum
gemittelten NO
2
-Jahresmittelwert von 26.2 μg/m³,
-
Chemnitz-Nord als urbane Verkehrsstation mit einem NO
2
-Jahresmittelwert von
39.2 μg/m³ (Chemnitz-Mitte für Ozon) und
-
Leipzig-Mitte als urbane Verkehrsstation mit einem NO
2
-Jahresmittelwert von
47.6 μg/m³ (Leipzig-West für Ozon).
Bei allen Messgrößen, vor allem bei NOx und Ozon, sind deutliche Jahresgänge zu erkennen. So
haben NO
x
und eingeschränkt NO
2
ein ausgeprägtes Wintermaximum, während Ozon im Sommer
die lokalen Maxima aufweist.
An den Stationen Bautzen und Chemnitz-Nord ist eine signifikante Trendabnahme bei NO
x
und
NO
2
zu erkennen, während Ozon signifikant steigt. Dem gegenüber steht in Leipzig-Mitte ein nicht
signifikanter Trend bei
NOx
mit Bruch im Zeitraum 2000 bis 2002 in Kombination mit einem
signifikant steigenden Trend der NO
2
-Belastung und ebenfalls signifikant steigendem Trend der
Ozonbelastung.
Die abnehmende Tendenz bei NO
x
ist ein allgemein auftretendes Phänomen, wobei der an der
Station Leipzig-Mitte auftretende Bruch im Zeitraum 2000 – 2002 in den hier durchgeführten
Trendanalysen (Anlagenteil, Kapitel B.4) häufiger vorkommt.
Ebenso ist die NO
2
-Konzentration bei fast allen Station signifikant rückläufig. Die Station Leipzig-
Mitte stellt mit einer signifikanten Zunahme einen Sonderfall dar.
Die Ozonzunahme über den gesamten Zeitraum von 1995 bis 2007 ist eher die Regel als die
Ausnahme. Es ist aber festzustellen, dass ab dem Zeitraum 2000 bis 2002 die Zunahme stagniert
oder sogar eine Abnahme eintritt. An ausgewählten Stationen tritt in den letzen Jahren eine
gegenüber der Station Leipzig-West nochmals deutlichere Ozonabnahme auf (Niesky, Plauen-
DWD, Dresden-HerzoginGarten, weniger: Leipzig-Thekla und Schkeuditz).

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
14
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-13: Trendanalyse für ausgewählte Stationen für NO
x
, NO
2
und Ozon

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
15
1. Zwischenbericht
3.1.3.3
Ergebnisse für das NO
2
/NO
x
-Verhältnis
In Abbildung 3-14 sind die Trendanalysen für das NO
2
/NO
x
-Verhältnis für die Verkehrsstationen
dargestellt. Die vollständigen Trendanalysen für alle Stationen finden sich im Anlagenband,
Kapitel B.4.
In den einzelnen Graphen ist neben den Verhältnisdaten aus den Messungen (rot) zum Vergleich
das sich aus dem Romberg-Ansatz (Kapitel 3.2.4, R
OMBERG, E., R. BÖSINGER, A. LOHMEYER, R.
RUHNKE, E. RÖTH. (1996)) ergebene Verhältnis auf Basis der gemessenen NOx-Werte
eingezeichnet (grün).
Bei sechs der zehn Verkehrsstationen ist ein signifikanter Aufwärtstrend des NO
2
/NO
x
-Verhält-
nisses festzustellen. Für die anderen Stationen kann kein signifikanter Trend abgeleitet werden.
Bei den drei Stationen Görlitz, Borna und Plauen-Süd führt der Romberg-Ansatz zu einem deutlich
höheren NO
2
-Anteil, als es die Messungen ergeben. Bei diesen drei Stationen liegt das NO
2
-
Konzentrationsniveau aber deutlich unter dem ab 2010 gültigen Grenzwert.
Bei den anderen Stationen, bis auf Zwickau, liegen die Abschätzungen des NO
2
-Anteils nach
Romberg bei den gemessenen Verhältnissen. Das Konzentrationsniveau dieser Stationen liegt
knapp unter dem NO
2
-Grenzwert (Chemnitz-Nord mit im Mittel 39 μg/m³) bzw. deutlich über diesem
Wert.
Eine Ausnahme bildet bei dieser Auswertung auch wieder die Station Zwickau, die bereits in der
Clusteranalyse eher als urbane Hintergrundstation eingeordnet wurde denn als Verkehrsstation.
Hier liegt das gemessene NO
2
/NO
x
-Verhältnis mit steigender Tendenz über dem Romberg-Ansatz,
obwohl das NO
2
-Konzentrationsniveau eher unter dem Grenzwert von 40 μg/m³ liegt, mit stark
fallender Tendenz.
Das Verhalten des NO
2
/NO
x
-Verhältnisses an den Stationen Dresden-Bergstraße und Chemnitz-
Leipziger Straße ist auf Grund des im Verhältnis kurzen Messzeitraums noch nicht interpretierbar.

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
16
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-14: Trendanalyse für das NO
2
/NO
x
-Verhältnis für Verkehrsstationen

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
17
1. Zwischenbericht
3.2
Vergleich der sächsischen NO
2
-Messungen mit bundesdeutschen Messdaten
Um die Entwicklung der NO
2
-Belastung in Sachsen mit der Situation im gesamten Bundesgebiet
vergleichen zu können, wurden Zeitreihen auf der Basis von Jahresmittelwerten, klassifiziert nach
den verschiedenen EoI-Stationstypen, gebildet und analysiert. Dazu wurden vom Umweltbundes-
amt in Dessau (UBA) alle gemeldeten bundesdeutschen Messdaten für den Untersuchungszeit-
raum abgefragt und für die weitere Auswertung aufbereitet.
Die Aussagen von Trendanalysen sind immer abhängig vom betrachteten Zeitraum und der Anzahl
der für diesen Zeitraum zur Verfügung stehenden Daten. Um das Gewicht einzelner Werte
möglichst klein zu halten, ist es sinnvoll, einen möglichst langen Zeitraum zu berücksichtigen. Für
die hier durchgeführten Untersuchungen lagen Daten für die Jahre 1995 – 2007 vor.
3.2.1
Jahresdaten Sachsen
Abbildung 3-15 (oben) zeigt die Entwicklung der Jahresmittelwerte von NO
2
für die Jahre 1995 bis
2007 getrennt nach EoI-Klassifizierung Ländlich, Städtisch und Verkehr. Dabei ist zum einen das
Mittel für alle vorliegenden Messdaten einer Stationsklassifizierung gebildet worden und zum
anderen nur das Mittel aller kontinuierlich über den gesamten untersuchten Zeitraum 1995 bis 2007
messenden Stationen. In Abbildung 3-15 (unten) ist die gleiche Darstellung für die Jahresmittel-
werte
von NOx wiedergegeben. In beiden Abbildungen ist jeweils für die Mittelwerte der
kontinuierlich messenden Stationen eine Trendgerade als Ergebnis einer linearen Regression
eingezeichnet.
Der Vergleich der über alle Messwerte gemittelten Werte mit den kontinuierlich messenden
Stationen zeigt im städtischen Bereich keinen nennenswerten Unterschied. Im ländlichen Bereich
liegen die Kurven für NO
2
bzw. NOx ebenfalls dicht beieinander, leichte Differenzen ergeben sich,
nachdem die Stationen Schwartenberg und Collmberg im Jahr 1998 mit Messungen begonnen
haben. Bei den verkehrsbezogenen Messstationen zeigt sich vor allem ein großer Unterschied ab
2005, da ab diesem Zeitpunkt drei der vier am höchsten belasteten Stationen erst den Messbetrieb
aufgenommen haben.
Betrachtet man nur die kontinuierlich messenden Stationen, so fällt das Jahr 2003 bei den NO
2
-
Messungen im Verkehr und im städtischen Hintergrund sowie bei NOx im Verkehr als Extremjahr
auf.
Die linearen Trendgeraden für die kontinuierlich messenden Stationen zeigen für den Zeitraum
1995 - 2007 in allen Fällen nach unten, wobei gerade im ländlichen und städtischen Hintergrund die
fallende Tendenz auch sehr gut mit den Verlaufskurven der Jahresmittelwerte harmoniert. Bei den
NO
2
-Messungen im Verkehr ist nur zwischen 1995 und 2002 ein deutlicher Abnahmetrend zu
erkennen, ab 2003 ist das Verhalten der NO
2
-Jahresmittelwerte sehr variabel. Nimmt man die
Trendgeraden zum Vergleich, fällt die Abnahme der Jahresmittelwerte von NO
x
im Verkehr deutlich
stärker aus als bei NO
2
.
Zur Untersuchung der Stabilität der Trendaussage für NO
2
wird das erste und das letzte Jahr
(1995: Beginn der Messungen; 2007: günstige meteorologische Ausbreitungsbedingungen) aus der
Zeitreihe entfernt und die Trendanalyse erneut durchgeführt. Auch für den Zeitraum 1996 – 2006
zeigen die Trendgeraden der kontinuierlich messenden Stationen eine abnehmende Tendenz, die
jedoch für die Verkehrsstationen nur schwach und für die ländlichen Stationen kaum noch
erkennbar ist (Abbildung 3-16). Alle Stationstypen zeigen
zwischen 2004 und 2006 leicht steigende
Werte. Ob sich dies zu einem Trend stabilisiert oder die sich über den betrachteten

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
18
1. Zwischenbericht
Gesamtzeitraum ergebende abnehmende Tendenz erhalten bleibt, können erst zukünftige
Messwerte zeigen.
Abbildung 3-15: Entwicklung des NO
2
- (oben) und NO
x
- (unten) Jahresmittelwerts für
verschiedene Stationstypen in Sachsen über den Zeitraum 1995 – 2007
Abbildung 3-16: Entwicklung des NO
2
-Jahresmittelwerts für verschiedene Stationstypen in
Sachsen über den Zeitraum 1996 – 2006

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
19
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-17 zeigt die Jahresmittelwerte für NO
2
(oben) und NOx (unten), bezogen auf das
jeweilige Maximum ihrer Zeitreihe. Demnach ist relativ gesehen der stärkste Rückgang bezüglich
der NO
2
- und NO
x
-Konzentrationen an den städtischen Hintergrundstationen zu verzeichnen, und
zwar stärker für NO
x
als für NO
2
. Es folgen die ländlichen Hintergrundstationen, bei denen der
Rückgang für NO
2
und NO
x
ähnlich stark ist. Den geringsten Rückgang zeigen die Verkehrs-
messstationen, wobei auch hier die Werte für NO
x
etwas stärker sinken als die für NO
2
.
Abbildung 3-17: Relative Entwicklung des NO
2
- (oben) und NO
x
- (unten) Jahresmittelwerts
für verschiedene Stationstypen in Sachsen über den Zeitraum 1995 – 2007
3.2.2
Jahresdaten Deutschland
Vom Umweltbundesamt wurden die Messdaten der NO
x
- und NO
2
-Belastung für den Unter-
suchungszeitraum 1995 bis 2007 für Deutschland zur Verfügung gestellt (im Folgenden als UBA-
Datensatz bezeichnet). Die daraus abgeleiteten Jahresmittelwerte für die kontinuierlich über den
gesamten Zeitraum 1995 bis 2007 messenden Stationen sind in Abbildung 3-18 dargestellt. Wie für
die sächsischen
Daten fällt das Jahr 2003 auch bei den Daten aus dem UBA-Datensatz bei NO
2
vor allem im Verkehr und im städtischen Hintergrund sowie bei NO
x
im Verkehr als Extremjahr auf.
Die linearen Trendgeraden über gesamten betrachteten Zeitraum 1995 – 2007 zeigen wie schon
für die sächsischen Daten eine generell sinkende Tendenz. Insbesondere die Jahresmittelwerte der
ländlichen Stationen, aber auch die des städtischen Hintergrunds liegen dicht an der
Trendgeraden. Die Werte der Verkehrsstationen sind etwas variabler. Für NO
2
bleibt wie bei den

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
20
1. Zwischenbericht
sächsischen Daten abzuwarten, ob der leichte Anstieg der Messwerte zwischen 2004 und 2006
durch zukünftige Messwerte als Trend bestätigt wird oder eine Episode bleibt.
In Abbildung 3-19 sind die gemittelten Werte auf das jeweilige Maximum ihrer Zeitreihe bezogen
worden,
so dass sich die relative Abweichung zum Maximum ablesen lässt. Zusätzlich ist in dieser
Abbildung die auf der Basis des HBEfa Version 2.1 (INFRAS (2004)) berechnete Emissions-
abnahme
für eine durchschnittliche deutsche Verkehrssituation eingetragen worden. Die fallende
Tendenz der Jahresmittelwerte geht – bis auf das Extremjahr 2003 - mit der Abnahme der NO
x
-
Emissionen einher. Allerdings ist zu beobachten, dass der relative Rückgang der Messwerte in den
letzten Jahren des Untersuchungszeitraums geringer ausfällt.
Der stärkste relative Rückgang bezüglich der NO
2
- und NO
x
-Konzentrationen ist wie für Sachsen
an den städtischen Hintergrundstationen zu verzeichnen, und zwar stärker für NO
x
als für NO
2
. Die
ländlichen Hintergrundstationen folgen für NO
2
, für NO
x
ist der relative Rückgang allerdings deutlich
geringer als der an den Verkehrsstationen. Die Verkehrsstationen zeigen hingegen einen deutlich
geringeren Rückgang als die ländlichen Stationen für NO
2
.
Abbildung 3-18: Entwicklung der NO
2
- (oben) und NO
x
- (unten) Mittelwerte im UBA-
Datensatz

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
21
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-19: Relative Entwicklung der NO
2
- (oben) und NO
x
- (unten) Mittelwerte im UBA-
Datensatz und der Kfz-Emissionen von NO
x
3.2.3
Vergleich der Jahresdaten für Sachsen und Deutschland
Ein direkter
Vergleich der Entwicklung der sächsischen Jahresmittelwerte der kontinuierlich
messenden Stationen mit den bundesdeutschen Daten für den Untersuchungszeitraum 1995 –
2007 zeigt eine gute Übereinstimmung. Beide Datensätzen weisen eine über den Gesamtzeitraum
generell fallende Tendenz auf, die in Abhängigkeit von der Stationsklassifizierung mehr oder
minder stark ausgeprägt ist. Das Jahr 2003 sticht insbesondere bei den NO
2
-Jahresmittelwerten
der Verkehrsstationen und der städtischen Stationen sowie bei den NOx-Jahresmittelwerten der
Verkehrsstationen als Extremjahr heraus. Bei den NO
2
-Jahresmittelwerten wird, wie schon in
Kapitel 3.2.1 und 3.2.2 diskutiert, ab 2004 der abnehmende Trend aus den Jahren vor 2003
abgelöst
durch ein variables Verhalten, das erst bei Vorliegen zukünftiger Messwerte sinnvoll
bewertet werden kann (Abbildung 3-20).
Für
die Verkehrsstationen zeigen die Zeitreihen ab dem Jahr 2000 für Sachsen und die
bundesdeutschen Daten sehr ähnliche Werte, davor wurden im bundesdeutschen Durchschnitt
höhere Werte gemessen als in Sachsen. Im städtischen Bereich liegen die bundesdeutschen
Jahresmittel geringfügig höher als die sächsischen, und zwar etwas stärker für NOx als für NO
2
. An
den ländlichen Stationen sind die NO
x
-Werte des UBA-Datensatzes und Sachsens sehr ähnlich,
während überraschenderweise die NO
2
-Jahresmittel für Gesamtdeutschland niedriger sind als für

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
22
1. Zwischenbericht
Sachsen. Dies spricht dafür, dass im bundesdeutschen Durchschnitt an ländlichen Stationen NO
einen etwas größeren Anteil an NO
x
hat als in Sachsen.
Abbildung 3-20: Vergleich der Entwicklung der NO
2
- (oben) und NO
x
- (unten) Mittelwerte in
Sachsen und im UBA-Datensatz
3.2.4
Vergleich zum Romberg-Ansatz
Ein praktikabler
weitverbreiteter Ansatz zur Verbindung der Emissionen von NOx mit der Immission
NO
2
besteht in der Anwendung des Romberg-Ansatzes (ROMBERG, E., R. BÖSINGER, A. LOHMEYER,
R. R
UHNKE, E. RÖTH. (1996)). Dabei wird der Jahresmittelwert von NO
2
über eine aus einer
Regressionsanalyse auf Basis von historischen Messdaten zu NO
2
und NO
x
abgeleiteten
analytischen Funktion berechnet. Ein Beispiel für eine solche Ableitung findet sich in Abbildung
3-21. Dieser
Ansatz geht davon aus, dass das Verhältnis von NO
2
zu NO
x
in erster Näherung eine
Funktion der NO
x
-Konzentration ist. Weitere Einflussgrößen, wie der Emissionsanteil von NO
2
, die
Ozonkonzentration oder auch der Stationstyp
1
gehen nicht in die Regression ein. Damit wird auch
keine zeitliche Entwicklung berücksichtigt.
Bei Betrachtung der Verteilung der NO
2
/NO
x
-Wertepaare in Abbildung 3-21 wird ein weiteres
Manko des Romberg-Ansatzes deutlich. Im Vergleich zum mittleren und unteren NO
2
-Konzen-
trationsniveau gehen nur wenige Werte im oberen Niveau in die Regression ein.
1
LIMBA-Auswertung ist stationsbezogen

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
23
1. Zwischenbericht
Auswertungen von NO
2
-Grenzwertüberschreitungen in den Jahren 2000 bis 2006 zeigen, dass der
Romberg-Ansatz in aktueller Zeit das Verhältnis von NO
2
zu NO
x
unterschätzt (siehe Abbildung
3-22, IVU U
MWELT (2005), LAMBRECHT, U. (2006)). Mit den folgenden Untersuchungen soll die
Anwendbarkeit des Romberg-Ansatzes in Sachsen und im Vergleich dazu bei den UBA-Daten
näher analysiert werden.
Abbildung 3-21: Romberg-Ansatz am Beispiel der LIMBA-Auswertung (IVU UMWELT (2002))
Abbildung 3-22: Vergleich Romberg-Statistik mit Messungen im NO
2
-Jahresmittelwert-
bereich über 40 μg/m³
In der Abbildung 3-23 ist dargestellt, wie sich das gemessene NO
2
/NO
x
-Verhältnis zum Romberg-
Ansatz über den Untersuchungszeitraum verhält. Die Unterscheidung in die Stationstypisierung
zeigt dabei deutlich die Abhängigkeit des NO
2
/NO
x
-Verhältnisses. Ländliche Stationen werden

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
24
1. Zwischenbericht
durch Romberg unterschätzt, während städtische Hintergrundstationen gut getroffen werden.
Verkehrsstationen werden überraschenderweise eher überschätzt. Dies gilt sowohl für die
sächsischen Daten als auch für den UBA-Datensatz.
In den letzten Jahren ist das Verhältnis NO
2
/NO
x
zum Romberg-Ansatz für alle drei Stationstypen
leicht angestiegen. So nähert sich der Romberg-Ansatz bei den Verkehrsstationen im Mittel den
Messungen an. Dabei erreicht die Übereinstimmung im Jahr 2006 im UBA-Datensatz fast 100 %.
Abbildung 3-23: Vergleich des gemessenen NO
2
/NO
x
-Verhältnisses zum Romberg-Ansatz
gemittelt für verschiedene Stationstypen in Sachsen (oben) und im UBA-
Datensatz (unten)
In Abbildung 3-24 ist für vier ausgewählte Jahre dargestellt, wie sich das Verhältnis Messung
NO
2
/NO
x
zum Romberg-Ansatz in Abhängigkeit des NO
2
-Jahresmittelwerts darstellt. Dabei ist
sowohl bei den sächsischen Daten als auch im UBA-Datensatz zu erkennen, dass bei einem
niedrigen NO
2
-Niveau der Romberg-Ansatz eher überschätzt (Verhältnis <100 %), während er bei
höheren Konzentrationen eher unterschätzt.

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
25
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-24: Verhältnis des NO
2
/NO
x
-Anteils aus Messungen zum Rombergansatz
gegenüber gemessen NO
2
-Jahresmittelwerten in Sachsen (oben) und im
UBA-Datensatz (unten)
3.3
Quantifizierung des meteorologischen Einflusses, Berücksichtigung der Ozonchemie
3.3.1
Entwicklung der Ozonwerte und meteorologischer Komponenten im Jahresmittel
In Abbildung 3-25 ist die Entwicklung der über die verschiedenen Stationstypen gemittelten
Ozonkonzentration für den Zeitraum 1995 bis 2007 in Sachsen und 1990 bis 2007 für Deutschland
dargestellt. Wie zu erwarten, liegt das Ozonniveau an den ländlichen Hintergrundstationen am
höchsten, während das Niveau im direkten Verkehrsumfeld am niedrigsten ist.
Wie schon bei den NO
x
-Konzentrationen stellt das Jahr 2003 auch bei den Ozonkonzentrationen
einen signifikanten Ausreißer nach oben dar. Im bundesdeutschen Durchschnitt steigen die
Jahresmittelwerte im betrachteten Zeitraum für alle drei abgebildeten Stationstypen an. In Sachsen
ist in diesem Zeitraum unter der Berücksichtigung der kontinuierlich messenden Stationen sowohl
im ländlichen Hintergrund als auch bei den verkehrsbezogenen Stationen ebenfalls ein Trend zu
steigenden Ozon-Werten zu erkennen. Im städtischen Hintergrund in Sachsen ist dieser Trend
anders als bei den bundesdeutschen Daten nur schwach ausgeprägt.

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
26
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-25: Ozon-Jahresmittelwerte für verschiedene Stationstypen für die sächsischen
Messungen (oben) und als Auswertung des UBA für Deutschland (unten)

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
27
1. Zwischenbericht
In Abbildung 3-26 ist die Entwicklung des Jahresmittelwerts der Windgeschwindigkeit für alle
Stationen und im Mittel (rote Linie) dargestellt. Zusätzlich ist mit den grünen Quadraten die Anzahl
der zur Verfügung stehenden Stationen eingezeichnet.
Die höchsten Windgeschwindigkeiten werden an den hoch gelegenen Messstationen Schwarten-
berg, Fichtelberg und Zinnwald gemessen. Der Mittelwert über alle Stationen weist keinen Trend
auf, sondern bewegt sich immer um die 2 m/s.
Abbildung 3-26: Entwicklung der Windgeschwindigkeit (Mittelwert – rote Linie, Anzahl
Stationen – grüne Quadrate)
In Abbildung 3-27 ist analog zur Auswertung der Windgeschwindigkeit der zeitliche Verlauf der
Jahresmittelwerte der gemessenen Temperaturen der sächsischen Stationen dargestellt. Als Jahr
mit einem deutlich niedrigeren Mittelwert der Temperatur fällt 1996 auf.
Abbildung 3-27: Entwicklung der Temperatur (Mittelwert – rote Linie)

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
28
1. Zwischenbericht
3.3.2
Statistische Analyse möglicher Einflussfaktoren
Als mögliche Einflussfaktoren auf die NO
2
-Zusatzbelastung im Straßenraum wurden
die NO
x
-Zusatzbelastung,
die Anzahl der Kraftfahrzeuge,
die NO
2
-Emissionen des Kfz-Verkehrs,
das NO
2
/NO
x
-Emissionsverhältnis,
die photochemischen Reaktionen von NO, NO
2
und O
3
sowie
die Meteorologie
betrachtet. Als Zusatzbelastung wird dabei der Anteil der Schadstoffbelastung bezeichnet, der aus
dem Kraftfahrzeugverkehr der engeren Umgebung der Messstelle stammt. Die Zusammenhänge
der NO
x
- und NO
2
-Zusatzbelastung mit den genannten Kenngrößen wurden mit Hilfe von
Korrelationsmatrizen und multivariaten Regressionsanalysen auf Basis der im sächsischen
Messnetz ermittelten Daten untersucht.
3.3.2.1
Betrachtete Stationen
Zur
Bestimmung der Korrelationsmatrizen und Durchführung der Regressionsanalysen wurden
diejenigen Messstationen verwendet, für die Daten aus Verkehrszählungen vorliegen. Für den
Untersuchungszeitraum traf dies in Sachsen auf vier Immissionsmessstellen zu, deren
Umgebungen in Abbildung 3-28 bis Abbildung 3-31 dargestellt sind.

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
29
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-28: Luftbild, Umgebungskarte und Foto der Station Dresden-Bergstraße

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
30
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-29: Luftbild, Umgebungskarte und Foto der Station Dresden-Nord

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
31
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-30: Luftbild, Umgebungskarte und Foto der Station Leipzig-Mitte

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
32
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-31: Luftbild, Umgebungskarte und Foto der Station Leipzig-Lützner Straße

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
33
1. Zwischenbericht
3.3.2.2
Eingangsdaten
Sowohl die Daten der Verkehrszählungen als auch die Immissionsmessungen und die
meteorologischen Daten sind, sofern nicht anders aufgeführt, Stundenmittelwerte.
3.3.2.2.1
Immissionen
Messstationen,
die Immissionsmessungen durchführen, messen die Gesamtbelastung. Diese kann
man kann sich zusammengesetzt denken aus einer Vorbelastung, das ist die Überdach-
Konzentration, und einer Zusatzbelastung, das ist die Konzentration, die aus dem Kraftfahrzeug-
verkehr der engeren Umgebung der betrachteten Messstelle stammt. Um die Zusatzbelastung aus
Immissionsmessungen zu ermitteln, muss die Vorbelastung bekannt sein. Da die Überdach-
Konzentration nicht gemessen wird, wurde auf die urbane Hintergrundstation zurückgegriffen, die
der betreffenden Messstelle am nächsten liegt. Dieses sind für die vier hier untersuchten Verkehrs-
Messstationen (Kapitel 3.3.2.1):
Tabelle
3-2:
Messstationen Verkehr mit zugehöriger Hintergrundstation und Entfernung
zwischen den Stationen
Messstation Verkehr
Messstation Hintergrund
Entfernung [km]
Dresden-Bergstraße Radebeul-Wahnsdorf 11.11
Dresden-Nord Radebeul-Wahnsdorf 7.66
Leipzig-Mitte Leipzig-West 6.28
Leipzig-Lützner Straße
Leipzig-West
3.28
Für Dresden wurde statt der näher gelegenen städtischen Hintergrundstation Dresden-
HerzoginGarten die Station Radebeul-Wahnsdorf verwendet. Wie in Tabelle 3-1 aufgeführt ist,
wurde
in Dresden-HerzoginGarten zum 01.01.2006 mit Messungen begonnen. Daten dieser Station
liegen also zum jetzigen Zeitpunkt nur für zwei Jahre vor. Dieser Zeitraum wird insbesondere im
Hinblick auf die statistische Analyse des meteorologischen Einflusses in Kapitel 3.3.2.4 als zu kurz
erachtet. Von
der stattdessen gewählten Station Radebeul-Wahnsdorf liegen dagegen Daten für
den gesamten Untersuchungszeitraum 1995 – 2007 vor.
Aus den Daten der Hintergrundmessstellen nach Tabelle 3-2 wurde auch das stündliche
photochemische
Gleichgewicht für die vier Messstationen berechnet.
3.3.2.2.2
Photochemisches Gleichgewicht
Folgende
drei Reaktionsgleichungen laufen im Wesentlichen im Straßenraum ab (W
IEGAND, G.;
Y
AMARTINO, R. J. (1986)):
a: Photolyse des NO
2
in NO und O bei Strahlung mit Wellenlänge <410 μm
b:
Rekombination von Sauerstoffatomen (O) mit O
2
zu O
3
c:
Ozonabbau durch NO in NO
2
und O
2
Im Folgenden sind Volumenkonzentrationen durch eckige Klammern gekennzeichnet.
In der für die Ausbreitung im Straßenraum relevanten Zeitskala sind dies die entscheidenden
Reaktionen, da sie unter den meisten Bedingungen um Größenordnungen schneller ablaufen als
konkurrierende Reaktionen, an denen NO, NO
2
oder O
3
beteiligt sind. Als Folge der drei Prozesse
a bis c stellt sich in kürzester Zeit ein photostationäres Gleichgewicht ein, das durch folgende
Gleichgewichtsbeziehungen beschrieben wird:

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
34
1. Zwischenbericht
[][ ]
[]
3
1
2
3
k
k
NO
O
NO
=
Gleichung 1
Mit
k
1
= NO
2
-Photolysefrequenz
k
3
= Reaktionskonstante für Reaktion c
Wenn man diese Beziehung auf die stündlichen Konzentrationen in Straßenräumen anwenden will,
muss man folgende Probleme lösen:
Die Beziehung der Gleichung 1 gilt nur am Tage und ist nur für momentane und nicht für
zeitlich gemittelte Konzentrationswerte von NO, NO
2
und O
3
gültig. Daher kann nicht unbedingt
davon ausgegangen werden, dass die Stundenmesswerte der Konzentrationen die
Gleichgewichtsbeziehung exakt erfüllen, selbst wenn man annimmt, dass außer dem
Reaktionszyklus a bis c keine anderen Reaktionen die Konzentrationen von NO, NO
2
und O
3
bestimmen.
Die Photolysefrequenz ist im Allgemeinen nicht bekannt.
Deshalb wird die Gleichgewichtsbeziehung anstatt über das Verhältnis der Reaktionskonstanten k
1
und k
3
über eine empirische Größe “PCE“
2
definiert, die aus den Überdach-Konzentrationen
3
[NO]
B
, [NO
2
]
B
und [O
3
]
B
in Volumenkonzentrationen, z. B. ppb, bestimmt wird:
[][ ]
[]
PCE
NO
O
NO
B
B
B
=
2
3
Gleichung
2
Dieses photochemische Gleichgewicht wurde aus den stündlichen Messungen von O
3
, NO und
NO
2
an den urbanen Hintergrundmessstellen (Tabelle 3-2) berechnet und wurde in der
Regressionsanalyse zur Abbildung des Einflusses der Photochemie auf die Zusatzbelastung von
NO
2
verwendet.
3.3.2.2.3
Verkehrsdaten
Es lagen Daten aus Verkehrszählungen für die vier in Kapitel 3.3.2.1 beschriebenen Stationen
Dresden-Bergstraße,
Dresden-Nord, Leipzig-Mitte und Leipzig-Lützner Straße vor. Die zeitliche
Verfügbarkeit der Daten schwankt zwischen 101 Tagen (Leipzig-Mitte) und 1'250 Tagen (Dresden-
Nord). Aufgrund dieser relativ kurzen Zeiträume ist die Aussage der folgenden Analysen bezüglich
der Verkehrsvariablen nur bedingt belastbar.
Die Zuordnung der Immissionsmessstellen zu den gezählten Verkehrsströmen auf Basis der
Abbildungen in Kapitel 3.3.2.1 ist nicht immer eindeutig möglich. Am besten ist das für die
Immissionsmessstationen "Dresden-Bergstraße"
und "Leipzig-Lützner Straße" möglich. Bei den
Stationen "Dresden-Nord" und "Leipzig Mitte" ist das aufgrund der verschiedenen Verkehrsströme
und der offenen Struktur der Bebauung nur eingeschränkt möglich.
2
"PCE"
=
P
hoto
c
hemical
E
quilibrium
3
Superscipt "B" für Background

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
35
1. Zwischenbericht
Tabelle 3-3:
Verkehrszählstellen mit zugehörigen Messzeiträumen und Verkehrsdaten
Messzeitraum
Verkehrsdaten
Name der
Verkehrszählstelle
Von
Bis
Anzahl Tage
DTV in Kfz/Tag
Dresden Bergstraße
27.06.2007
31.12.2007
188
26332
Dresden-Nord 30.07.2004 31.12.2007 1250 37109
Leipzig Mitte
22.09.2007
31.12.2007
101
45516
Leipzig Lützner Straße 01.01.2007 31.12.2007
365
20972
3.3.2.2.4
Meteorologische Daten
Als meteorologische Größen wurden Windgeschwindigkeit und –richtung, Temperatur, Strahlung,
relative Luftfeuchte und Luftdruck auf Zusammenhänge mit der NO
2
-Zusatzbelastung untersucht.
Unter der Annahme, dass die Hintergrundstationen (Tabelle 3-2) ungestörter von Bebauungs-
einflüssen
sind, wurden die dort gemessenen Windvariablen verwendet. Für die übrigen
meteorologischen Variablen wurden direkt die Messwerte der jeweiligen Verkehrsmessstelle
verwendet, sofern sie dort gemessen wurden, ansonsten ebenfalls die Messwerte der zugehörigen
Hintergrundstation.
3.3.2.3
Einflussfaktoren Emissionen und Ozonchemie
In diesem Kapitel
wird der Einfluss der verkehrlichen Faktoren und der Ozonchemie auf die NO
2
-
Zusatzbelastung analysiert.
3.3.2.3.1
Korrelationsmatrizen
Die
in diesem und in Kapitel 3.3.2.4.1 dargestellten Korrelationsmatrizen zeigen die statistischen
Beziehungen zwischen jeweils zwei der untersuchten Größen für die vier betrachteten
Verkehrsmessstationen (Abbildung 3-32 bis Abbildung 3-35). Dazu ist auf der Hauptdiagonalen
jeder
Matrix das Histogramm der jeweiligen Variable eingezeichnet. Über der Hauptdiagonalen wird
der Korrelationskoeffizient nach Pearson größenabhängig aufgetragen. Unter der Hauptdiagonalen
sind die Scatter-Plots jeweils zweier Größen dargestellt, die durch eine lineare Regressionsgrade
(grün) und eine mit einem lokalen Regressionsverfahren abgeleitete Kurve (blau) ergänzt werden.
Die Korrelationsmatrizen wurden auf der Basis der stündlichen Messwerte und Daten ermittelt.
Tabelle 3-4 führt die im Folgenden auf ihre Beziehung zur NO
2
-Zusatzbelastung untersuchten
Variablen auf. Die NO
2
-Emissionen wurden dabei mit dem Emissionsmodell IMMIS
em
(IVU UMWELT
(2008)) berechnet.
Tabelle 3-4:
Beschreibung der Variablennamen in den Korrelationsmatrizen
Variable
Bedeutung
NOx NOx-Zusatzbelastung
NO2
NO
2
-Zusatzbelastung
PCE Photochemisches Gleichgewicht
NO2Emis NO
2
-Emission (mit IMMIS
em
)
NO2zuNOx NO
2
/NOx-Emissionsverhältnis
SumKfz
Summe der Kraftfahrzeuge

image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
36
1. Zwischenbericht
Die Korrelationsmatrizen in Abbildung 3-32 bis Abbildung 3-35 zeigen, dass der engste
Zusammenhang für die NO
2
-Zusatzbelastung mit der NO
x
-Zusatzbelastung besteht (Korrelations-
koeffizienten >0.80). Ein engerer Zusammenhang wird auch mit den NO
2
-Emissionen sowie mit der
Anzahl der Kraftfahrzeuge gesehen. In Dresden liegen die Korrelationskoeffizienten dafür zwischen
0.37 und 0.66, in Leipzig zwischen 0.55 und 0.58. In Dresden wird weiterhin ein Korrelations-
koeffizient von 0.37 bzw. 0.31 zwischen der NO
2
-Zusatzbelastung und dem NO
2
/NO
x
-Emissions-
verhältnis ermittelt, in Leipzig sind die Werte für diesen Zusammenhang allerdings minimal.
Auffällig ist der geringe Zusammenhang zwischen NO
2
-Zusatzbelastung und photochemischem
Gleichgewicht.
Abbildung 3-32: Korrelationsmatrix Dresden-Bergstraße

image
image
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37
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-33: Korrelationsmatrix Dresden-Nord
Abbildung 3-34: Korrelationsmatrix Leipzig-Mitte

image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
38
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-35: Korrelationsmatrix Leipzig-Lützner Straße
3.3.2.3.2
Multivariate Regressionsanalyse
Für jede der
vier betrachteten Messstationen wurde eine multivariate Regressionsanalyse mit
Stundenwerten durchgeführt von der NO
2
-Zusatzbelastung auf die NO
x
-Zusatzbelastung, das
photochemische Gleichgewicht, die NO
2
-Emissionen der Kraftfahrzeuge in der betreffenden
Straße, das NO
2
/NO
x
-Verhältnis in diesen Emissionen und die Summe der Kraftfahrzeuge.
Der sich aus den vier Regressionsanalysen ergebende Erklärungswert liegt im Mittel bei 0.74, d. h.,
es werden circa 74% der Variation in den NO
2
-Zusatzbelastungen durch die Variation in den
betrachteten Variablen erklärt.
Bereits aus den Korrelationsmatrizen in Kapitel 3.3.2.3.1 wurde deutlich, dass der engste
Zusammenhang
zwischen der NO
2
- und der NO
x
-Zusatzbelastung besteht. Dem entsprechend
trägt die NO
x
-Zusatzbelastung den größten Erklärungsanteil, der mittlere Erklärungsanteil nur durch
die NO
x
-Zusatzbelastung ist 0.68.
Trotzdem sind die übrigen Variablen alle signifikant, das bedeutet, dass sie alle zur Erklärung
beitragen, wenn auch überraschend gering. Gründe für diesen geringen Beitrag können sein:
mögliche Unzulänglichkeiten bei der NO
2
-Emissionsmodellierung,
die Entfernung der urbanen Hintergrundstationen für das photochemische Gleichgewicht
(bis circa 12 Kilometer) und
die Kürze der Zeitreihen (≤ ein kompletter Jahresgang).
3.3.2.4
Einflussfaktoren Meteorologie
Es
wurde der Einfluss der meteorologischen Variablen auf die hintergrundbereinigte NO
2
-
Konzentration (Zusatzkonzentration) analysiert.

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
39
1. Zwischenbericht
3.3.2.4.1
Korrelationsmatrizen
Die Korrelationsmatrizen wurden auf der Basis der stündlichen Messwerte ermittelt. Tabelle 3-5
führt die im Folgenden
auf ihre Beziehung zur NO
2
-Zusatzbelastung untersuchten Variablen auf:
Tabelle 3-5:
Beschreibung der Variablennamen in den Korrelationsmatrizen
Variable
Bedeutung
NO2
NO
2
-Zusatzbelastung
WiR Windrichtung
WiG Windgeschwindigkeit
Tem Temperatur
Rad Strahlung
Hum relative Feuchte
Pre Luftdruck
Abbildung 3-36 bis Abbildung 3-39 zeigen die Korrelationsmatrizen für die vier betrachteten Mess-
stationen. Ein wirklich enger Zusammenhang der NO
2
-Zusatzbelastung mit einer der untersuchten
meteorologischen Größen besteht nicht. Korrelationskoeffizienten in der Größenordnung 0.32 bis
0.48 (außer für Dresden-Nord) treten für Temperatur und relative Feuchte auf. Für die Strahlung
ergibt sich ein Korrelationskoeffizient von 0.22 bis 0.33, wobei auch hier Dresden-Nord wieder
deutlich darunter liegt.
Die Station Leipzig-Lützner Straße liegt als einzige der vier Stationen in einer klassischen Straßen-
schlucht. Auch die Lage der Station Dresden-Bergstraße kann ansatzweise als Straßenschlucht
bezeichnet werden. Hier ist das Windfeld durch die sich ausbreitende Wirbelströmung definiert.
Dies ist bei den offen bebauten Straßenräumen der Stationen Dresden-Nord und Leipzig-Mitte nicht
der Fall. Tatsächlich lässt sich für Leipzig-Lützner Straße und Dresden-Bergstraße ein Korrelations-
koeffizient von rund 0.25 zwischen NO
2
-Zusatzbelastung und Windgeschwindigkeit ermitteln. Für
die anderen beiden Stationen ist der Korrelationskoeffizient an dieser Stelle minimal.
Die Korrelationskoeffizienten in Zusammenhang mit der Windrichtung sind nicht interpretierbar, da
es sich um eine zyklische Variable handelt.

image
image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
40
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-36: Korrelationsmatrix Meteorologie Dresden-Bergstraße
Abbildung 3-37: Korrelationsmatrix Meteorologie Dresden-Nord

image
image
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41
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-38: Korrelationsmatrix Meteorologie Leipzig-Mitte
Abbildung 3-39: Korrelationsmatrix Meteorologie Leipzig-Lützner Straße

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
42
1. Zwischenbericht
3.3.2.4.2
Multivariate Regressionsanalyse
Für jede der vier betrachteten Stationen wurde eine Regressionsanalyse mit Stundenwerten von
der NO
2
-Zusatzbelastung auf die meteorologischen Variablen durchgeführt.
Hierbei wurde die zyklische Variable "Windrichtung" in acht Dummy-Variablen, entsprechend den
45°-Sektoren, umgewandelt. Die Dummy-Variable für den Sektor von 0° bis 45° ist "Eins", wenn der
Wind aus der Richtung von 0° bis 45° kommt, sonst "Null", bei den anderen sieben Windrichtung-
Dummies verhält es sich entsprechend.
Der Bezugszeitraum der Regressionsanalysen ist der Untersuchungszeitraum 1995 – 2007.
Aufgrund von Fehlwerten gehen für die Station Dresden-Bergstraße knapp 20500 Stundenwerte in
die Analyse ein, für Dresden-Nord rund 76600 Stundenwerte, für Leipzig-Mitte rund 8800 Stunden-
werte und für Leipzig-Lützner Straße knapp 34000. D. h., im Mittel über die vier Straßen gehen
circa 35'000 Stundenwerte in die Berechnung ein, das sind knapp vier Jahre. Der hohe Anteil an
nicht berücksichtigten Stunden kommt dadurch zustande, dass die multivariate Regressionsanalyse
nur Stunden berücksichtigt, in denen für alle betrachteten Variablen ein Wert vorliegt.
Der sich aus den vier Regressionsanalysen ergebende Erklärungswert liegt im Mittel bei 0.31, d. h.
es werden circa ein Drittel der Variation in den NO
2
-Zusatzbelastungen durch die Variation in den
meteorologischen Variablen erklärt.
Die Windvariablen (Windrichtung-Dummies und Windgeschwindigkeit) tragen im Mittel der vier
Straßen 18% zur Erklärung bei. Wie bereits in Kapitel 3.3.2.4.1 beschrieben, liegt
die Station
Leipzig-Lützner Straße als einzige der vier Stationen in einer klassischen Straßenschlucht, in der
das Windfeld durch die sich ausbreitende Wirbelströmung definiert ist. Auch die Lage der Station
Dresden-Bergstraße kann ansatzweise als Straßenschlucht bezeichnet werden. Dem entsprechend
tragen die Windvariablen hier einen größeren Erklärungsanteil als an den anderen beiden
Stationen. Dies spiegelt sich in einem höheren Erklärungswert dieser beiden Stationen wieder,
nämlich 39 % für Leipzig-Lützner Straße und 33 % für Dresden-Bergstraße gegenüber 28 % für
Dresden-Nord und 24 % für Leipzig-Mitte.
Die übrigen Variablen sind überwiegend signifikant, das bedeutet, dass sie zur Erklärung beitragen.
Begründbare Einflüsse der Variablen "Temperatur", "relative Feuchte" und "Luftdruck" sind schwer
zu finden, der statistische Einfluss auf die NO
2
-Zusatzkonzentration ist möglicherweise auf den
gemeinsamen Jahres- und Tagesgang (Saisoneinfluss) zurückzuführen. Die Variable "Strahlung"
hat sicherlich einen direkten Einfluss auf die NO
2
-Zusatzkonzentration über die photochemischen
Zusammenhänge, aber die Trennung von Saisoneinfluss und direktem Einfluss mit statistischen
Mitteln ist nicht möglich.
3.4
Prüfung eines möglichen Bedarfs für die Weiterentwicklung
des sächsischen
Luftmessnetzes
Im Rahmen des vorliegenden Projekts soll das Luftmessnetz des Freistaats Sachsen auf
redundante bzw. für die flächenhafte Aussage wichtige Messstandorte untersucht werden.
Die Untersuchungen wurden mit dem Programmsystem FLADIS (IVU U
MWELT (2006A))
durchgeführt. FLADIS ist ein Programmsystem für die Analyse und Visualisierung von Messnetz-
daten. Es berechnet eine flächenhafte Darstellung der Verteilung von z. B. Luftschadstoffkonzen-
trationen in einem Untersuchungsgebiet auf der Basis von Mess- und/oder Modelldaten. Mit Hilfe
des statistischen Verfahrens der Kreuzvalidierung erlaubt FLADIS Aussagen über den Einfluss
einzelner Stationen auf die flächenhafte Darstellung und unterstützt so die Optimierung des in die
Berechnung eingeflossen Messnetzes. Die dabei angewendete Methodik entspricht der VDI

image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
43
1. Zwischenbericht
Richtlinie 4280 Blatt 5 "Ermittlung der Unsicherheit räumlicher Beurteilungen der Luftqualität"
(KR
DL (2007)).
Für den Freistaat Sachsen wurden Berechnungen mit FLADIS auf Basis der Messdaten für NOx für
das Jahr 2006 durchgeführt. Dabei wurde zum einen das Ergebnis einer reinen Interpolation der
Messdaten betrachtet, zum anderen wurde das Interpolationsergebnis mit den Ergebnissen einer
Ausbreitungsrechnung mit dem Modell LASAT (J
ANICKE (2007)) gekoppelt, um in Bereichen abseits
der Messstationen zusätzliche Informationen wie Orographie, Meteorologie und Emissionsstruktur
zu nutzen.
3.4.1
Betrachtetes Messnetz
Abbildung 3-40 zeigt die NOx-Messstationen mit Daten für das Bezugsjahr
2006. Da es um
flächenhafte Aussagen geht, werden verkehrsnahe Stationen nicht berücksichtigt. Damit verbleiben
15 Messstationen, die mit Hilfe der Kreuzvalidierung untersucht werden. Tabelle 3-6 listet die
Stationen
mit den zugehörigen Stationscodes und der EoI-Typisierung auf. Die Typen "ländlich
regional" und "ländlich abgelegen" sowie "ländlich stadtnah" und "vorstädtischer Hintergrund"
wurden dabei jeweils zusammengefasst.
Abbildung 3-40: NOx-Messstationen im Bezugsjahr 2006 ohne Verkehrsmessstationen.

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
44
1. Zwischenbericht
Tabelle 3-6:
Namen der verwendeten Messstationen mit Code und Typisierung.
Messstation
Code
Typisierung
Annaberg-Buchholz DESN001 städtischer Hintergrund
Bautzen DESN004 städtischer Hintergrund
Chemnitz-Mitte DESN011 städtischer Hintergrund
Collmberg
DESN076
ländlich regional / ländlich abgelegen
Delitzsch DESN012 städtischer Hintergrund
Dresden-HerzoginGarten DESN085 städtischer Hintergrund
Freiberg DESN017 städtischer Hintergrund
Glauchau DESN019 städtischer Hintergrund
Hoyerswerda DESN050 städtischer Hintergrund
Klingenthal DESN024 städtischer Hintergrund
Leipzig-West DESN059 städtischer Hintergrund
Radebeul-Wahnsdorf
DESN051
vorstädtischer Hintergrund / ländlich stadtnah
Schwartenberg
DESN074
ländlich regional / ländlich abgelegen
Zinnwald
DESN052
ländlich regional / ländlich abgelegen
Zittau-Ost
DESN045
vorstädtischer Hintergrund / ländlich stadtnah
3.4.2
Methodik
3.4.2.1
Berechnungen mit FLADIS
Mit FLADIS
wurde zum einen eine reine Interpolation der Messwerte der in Kapitel 3.4.1
beschriebenen
Messstationen durchgeführt. Für die räumliche Interpolation von Messwerten sind
zur Zeit sieben Verfahren in FLADIS implementiert, darunter eine lineare Interpolation nach
Triangulierung, Inverse-Distanz-Methoden, Radiale-Basisfunktions-Methoden und das statistische
Verfahren der Optimalen Interpolation (OI) in der Modifikation nach Flemming (F
LEMMING, J.
(2003)). Für die vorliegende Untersuchung wurde die Hardy'sche Multiquadriken-Methode, die zu
den Radialen-Basisfunktions-Methoden zählt, zur Interpolation der Messwerte gewählt. Da die
Messwerte in stundenfeiner Auflösung vorlagen, wurde die Interpolation für jeden Zeitschritt
durchgeführt und abschließend das Jahresmittel gebildet.
Zum anderen wurden in einem zweiten Ansatz die interpolierten Messwerte in jedem Zeitschritt mit
den Ergebnissen einer LASAT-Ausbreitungsrechnung (Kapitel 3.4.2.2) gekoppelt und auch hier
wieder
abschließend das Jahresmittel gebildet. Auf diese Weise fließen zusätzliche Informationen
wie Orographie, Meteorologie und Emissionsstruktur, die der Ausbreitungsrechnung zu Grunde
gelegen haben, in das Ergebnis der FLADIS-Rechnung ein und ermöglichen eine Beurteilung des
Messnetzes auch abseits der vorhandenen Stationen.
Für beide Ansätze wurde ebenfalls für jeden Zeitschritt eine Kreuzvalidierung nach dem "leave-
one-out"-Verfahren gemäß der VDI Richtlinie 4280 Blatt 5 (KR
DL (2007)) durchgeführt, um
Aussagen über den Einfluss einzelner Stationen auf die flächenhafte Darstellung der NOx-
Verteilung zu erhalten.
Bei NO
2
und NO handelt es sich um chemisch aktive Substanzen, deren Emissionen nur für die
Summe NOx bestimmt werden können. Die LASAT-Ausbreitungsrechnungen, in die die
Emissionen eingehen, wurden daher für NOx durchgeführt. Zwar kann aus dem Jahresmittelwert
der NOx-Gesamtbelastung mittels statistischer Verfahren der Jahresmittelwert der NO
2
-Gesamt-

image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
45
1. Zwischenbericht
belastung bestimmt werden (IVU UMWELT (2002)). Da jedoch die Berechnung und Kreuzvalidierung
in FLADIS auf der Basis stündlicher Zeitschritte erfolgen, wurde auch hier durchgängig NOx
betrachtet.
3.4.2.2
Ausbreitungsrechnungen mit LASAT
Das Ausbreitungsmodell
LASAT (Version 3.0) ist ein Partikelmodell nach Richtlinie VDI 3945 Blatt 3
(KR
DL (2000)). Es berechnet die Ausbreitung von Spurenstoffen in der Atmosphäre, indem es für
ein repräsentatives Ensemble von Spurenstoff-Partikeln die Bewegung mit Hilfe eines
stochastischen Prozesses simuliert (Lagrange-Verfahren). Ein Partikelmodell ermöglicht die
rechnerische Behandlung von zeitabhängigen Ausbreitungssituationen und komplexen Quell-
konfigurationen. Das Ergebnis der Ausbreitungsrechnung ist die Konzentrationsverteilung im
Modellgebiet, die aus den berücksichtigen Emissionsquellen resultiert.
3.4.2.2.1
Modellgebiet und Orographie
Die LASAT-Ausbreitungsrechnungen
für das Gebiet des Freistaats Sachsen wurden unter
Berücksichtigung der Orographie durchgeführt. Es wurde zunächst ein Modellgebiet definiert, das
mit 243 km x 190 km in jede horizontale Raumrichtung mindestens 10 km Abstand zur Grenze
Sachsens aufweist, um Randeffekte der Modellrechnung im Bereich des Untersuchungsgebiets
(Sachsen) zu vermeiden (Abbildung 3-41). Die horizontale
Auflösung des LASAT-Rechengitters
beträgt 1 km. Anschließend wurde für den Bereich des Modellgebiets die Orographie ebenfalls mit
einer Auflösung von 1 km ermittelt, so dass für jede Rasterzelle des Rechengitters ein Wert der
Geländehöhe vorliegt (Abbildung 3-41).
Abbildung 3-41: LASAT-Modellgebiet und Orographie auf der Grundlage eines 1 km-Rasters.
Zur Orientierung die Lage der verwendeten NOx-Messstationen.

image
image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
46
1. Zwischenbericht
3.4.2.2.2
Meteorologie
Das Ausbreitungsmodell LASAT berücksichtigt die lokalen meteorologischen Bedingungen im
Untersuchungsgebiet über eine Ausbreitungsklassen-Zeitreihe (AKTerm). Für die vorliegende
Untersuchung wurde die AKTerm mit Bezugsjahr 2006 der Messstation Leipzig-Schkeuditz des
Deutschen Wetterdienstes verwendet. Abbildung 3-42 zeigt die Windrose und Abbildung 3-43 die
Verteilung
der Windgeschwindigkeitshäufigkeiten der AKTerm.
Abbildung 3-42: Windrose (Ausbreitungsklassenhäufigkeit gegen Windrichtung) für die
AKTerm 2006 der Windmessstation Leipzig-Schkeuditz.
Abbildung 3-43: Verteilung der Windgeschwindigkeitshäufigkeiten, differenziert nach
Ausbreitungsklassen, für die AKTerm 2006 der Windmessstation Leipzig-
Schkeuditz.

image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
47
1. Zwischenbericht
3.4.2.2.3
Emissionen
Für die Ausbreitungsrechnungen standen NOx-Emissionen für die Quellgruppen Industrie, Verkehr,
Hausbrand, Kleinverbraucher und Landwirtschaft für das Bezugsjahr 2004 bzw. 2005 in ihrer
horizontalen räumlichen Verteilung zur Verfügung. Abbildung 3-44 und Abbildung 3-45 zeigen die
Summe der Emissionen
der berücksichtigten Quellgruppen im für die LASAT-Rechnungen
verwendeten 1 km-Raster, einmal mit und einmal ohne Industriequellen. Deutlich sind das
Straßennetz und bewohnte Flächen zu erkennen, Industriequellen erscheinen u. a. als einzelne
Rasterzellen höherer Emissionen (Abbildung 3-44).
Abbildung 3-44: NO
x
-Emissionen als Summe der Quellen Industrie, Verkehr, Hausbrand,
Kleinverbraucher und Landwirtschaft im 1 km-Raster.

image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
48
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-45: NO
x
-Emissionen als Summe der Quellen Verkehr, Hausbrand, Klein-
verbraucher und Landwirtschaft im 1 km-Raster.
In Tabelle 3-7 ist die Summe der NOx-Emissionen bezogen auf die Quellgruppe und insgesamt
sowie der Anteil der einzelnen Quellgruppen an der Gesamtsumme der NOx-Emissionen
aufgelistet. Für die zur Verfügung gestellten Emissionsdaten waren keine Emissionshöhen
vorgegeben. Es wurden daher die in Tabelle 3-7 angegebenen Werte verwendet. Da die
Industriequellen
einerseits mit über 40 % einen großen Anteil an den NOx-Emissionen haben,
andererseits aber ihr Einfluss auf die Immissionen von der Emissionshöhe abhängt, die gerade bei
Industriequellen stark variieren kann, wurden in einem ersten Schritt zwei Ausbreitungsrechnungen
mit unterschiedlicher Höhe der Industriequellen, d. h. 40 m und 80 m, durchgeführt sowie zum
Vergleich eine Ausbreitungsrechnung ohne Industriequellen. Die Emissionshöhe wurde dabei
konstant allen Industriequellen zugewiesen. Eine individuelle Modellierung der Industriequellen ist
mit LASAT möglich unter der Voraussetzung, dass die Emissionshöhe sowie Temperatur und
Volumenstrom des Abgases der einzelnen Quellen vorgegeben werden. Die Durchführung von
Modellrechnungen unter Berücksichtigung der individuellen Daten der Großfeuerungsanlagen
(GFA) in Sachsen ist für den nächsten Zwischenbericht geplant.
Tabelle 3-7:
Emissionshöhe, Emissionsmenge und Anteil der einzelnen Quellgruppen.
Quellart
Emissionshöhe [m]
NOx [t/a]
Anteil [%]
Industrie 40 (80) 28098.6 41.3
Verkehr 0.5 34664.6 50.9
Hausbrand 20 3320.7 4.9
Kleinverbraucher 5 1114.3 1.6
Landwirtschaft 1 857.5 1.3
Summe - 68055.8 100
Summe ohne Industrie
-
39957.2
58.7

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
49
1. Zwischenbericht
3.4.2.2.4
Immissionsberechnung
Abbildung 3-46 und Abbildung 3-47 zeigen die Ergebnisse der LASAT-Ausbreitungsrechnungen
auf
Basis der beschriebenen Eingangsdaten für die Modellschicht 3-5 m, die die Höhe der
Messstationen (Probenahme in 3.5 m Höhe) umfasst. Die Ergebnisse, für die eine Emissionshöhe
der Industriequellen von 40 m angesetzt wurde, weisen die höchsten Konzentrationen auf
(Abbildung 3-46, oben). Diese Maxima liegen insbesondere im Bereich der Großfeuerungsanlagen
Boxberg
in der Oberlausitz und Lippendorf südlich von Leipzig. Wird den Industriequellen eine
Höhe von 80 m zugewiesen, so sinken die Maxima deutlich ab (Abbildung 3-46, unten). Die
Kenntnis
der Emissionshöhen ist demnach insbesondere für die Industriequellen, die neben dem
Verkehr zu den größten Emittenten gehören, wichtig. Werden die Industriequellen nicht in der
Modellrechnung berücksichtigt, so zeigen sich die Maxima im Bereich der Städte Dresden,
Chemnitz und Leipzig, aber auch entlang der A4 (Abbildung 3-47).
Abseits
der Emissionsquellen wurden von LASAT Konzentrationswerte nahe Null ermittelt. Dies ist
darin begründet, das in der Ausbreitungsrechnung nur die Emissionen innerhalb Sachsens
berücksichtigt wurden, nicht jedoch diejenigen, die außerhalb Sachsens liegen und als
großräumiger Hintergrund in den Messwerten erscheinen.
Tabelle 3-8 enthält die Minimal-, Maximal- und Mittelwerte der Messwerte und der berechneten
Konzentrationsverteilungen
für die drei beschriebenen Fälle. Auch hier wird noch einmal in den
Minimalwerte das Fehlen des großräumigen Hintergrunds in den Modellergebnissen deutlich. Die
Maximalwerte sinken bei Anheben der Emissionshöhe der Industriequellen von 40 m auf 80 m auf
ein Drittel und sind damit in der Größenordnung der Modellergebnisse ohne Industriequellen, wobei
die räumliche Verortung der Maxima eine andere ist. Der große Einfluss der Emissionshöhe auf die
Immissionen wird so noch einmal sichtbar.

image
image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
50
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-46: Verteilung der NO
x
-Konzentrationen 2006 als Ergebnis der LASAT-
Rechnung ohne Datenassimilation. Industriequellen mit einer Emissions-
höhe von 40 m (oben) und 80 m (unten) berücksichtigt. Messwerte als
farbige Kreise dargestellt.

image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
51
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-47: Verteilung der NO
x
-Konzentrationen 2006 als Ergebnis der LASAT-
Rechnung ohne Datenassimilation. Industriequellen nicht berücksichtigt.
Messwerte als farbige Kreise dargestellt.
Tabelle 3-8: Minima, Maxima und Mittelwerte der gemessenen und der mit LASAT
modellierten NOx-Konzentrationen in Sachsen.
Minimum [μg/m³]
Maximum [μg/m³]
Mittelwert [μg/m³]
Messwerte 14.8 55.3 31.0
Industriequellen Höhe = 40m
0.7
140.4
4.6
Industriequellen Höhe = 80m
0.7
46.7
4.1
keine Industriequellen 0.5 45.3 3.1
3.4.3
Ergebnisse
Abbildung 3-48 zeigt die berechnete Verteilung der NOx-Jahresmittelwerte 2006 in Sachsen bei
einer reinen Interpolation der Messwerte mit der Hardy'schen Multiquadriken-Methode. Demnach
ergibt sich ein Maximum der Konzentrationen im Bereich der Stationen Chemnitz-Mitte, Glauchau,
Annaberg-Buchholz und Freiberg. Höhere Werte zeigen sich auch entlang der Bundesautobahn A4
Richtung Dresden und Bautzen sowie im Bereich der Station Delitzsch.

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
52
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-48: Verteilung der NO
x
-Jahresmittelwerte 2006 in Sachsen bei reiner Inter-
polation der Messwerte. Messwerte als farbige Kreise dargestellt.
Für die Kopplung der interpolierten Messwerte mit den Ergebnissen der LASAT-Ausbreitungs-
rechnung wurden die LASAT-Ergebnisse in FLADIS einer Datenassimilation unterzogen. Wie in
Kapitel 3.4.2.2 beschrieben (Abbildung 3-46 und Abbildung 3-47), weichen die LASAT-Ergebnisse
insbesondere
abseits der berücksichtigten Emissionsquellen deutlich von den Messwerten ab, weil
in den Messwerten im Gegensatz zu den LASAT-Rechnungen der aus den Emissionsquellen
außerhalb Sachsens resultierende großräumige Hintergrund enthalten ist. Durch die Daten-
assimilation werden die Modellergebnisse einer Biaskorrektur bezüglich des großräumigen
Hintergrunds unterzogen und im Bereich der Messstationen gegen die Messwerte gezogen. Es
findet somit eine Kalibrierung der Modellergebnisse mit den Messwerten statt. Für die
Datenassimilation wurde die in FLADIS implementierte Optimale Interpolation (OI) in der
Modifikation nach F
LEMMING, J. (2003) verwendet.
Abbildung 3-49 zeigt die Ergebnisse der LASAT-Ausbreitungsrechnungen nach Datenassimilation
in FLADIS mit und ohne Industriequellen. Die Minimal-, Maximal- und Mittelwerte sind in Tabelle
3-9 am Ende
dieses Kapitels aufgeführt. Durch die Datenassimilation wurden die Modellergebnisse
insgesamt angehoben. Die den LASAT-Rechnungen zu Grunde gelegte Emissionsstruktur bleibt in
beiden Fällen gut zu erkennen. Auffällig ist der Unterschied zu den Ergebnissen der reinen
Interpolation (Abbildung 3-48) insbesondere im Bereich der Stationen Chemnitz-Mitte, Glauchau,
Annaberg-Buchholz
und Freiberg sowie der Stationen Delitzsch und Bautzen. Hier weisen die
assimilierten Modellergebnisse abseits der Stationen z. T. deutlich niedrigere Konzentrationswerte
auf als das reine Interpolationsergebnis, wobei das Modell die höheren Werte der Interpolation in
der Nähe von Emissionsquellen (z. B. A 4, A 72) durchaus erreicht. Ein möglicher Grund dafür ist,
dass die verwendeten städtischen Hintergrundstationen eine lokale Situation messen, deren
räumliche Repräsentativität durch das Interpolationsverfahren, dessen räumliche Skala durch den
Abstand der Messstationen zueinander bestimmt wird, überschätzt wird.

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
53
1. Zwischenbericht
Die in Abbildung 3-49 dargestellten Konzentrationsverteilungen bilden nun den Modellhintergrund
für die Kopplung mit den interpolierten Messwerten in FLADIS.
Abbildung 3-49: Verteilung der NO
x
-Konzentrationen 2006 als Ergebnis der LASAT-
Rechnung nach Datenassimilation in FLADIS. Industriequellen mit
Emissionshöhe 40 m berücksichtigt (oben) bzw. nicht berücksichtigt
(unten). Messwerte als farbige Kreise dargestellt.

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54
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-50 zeigt die Ergebnisse der Kopplung der Messwerte mit dem in Abbildung 3-49 dar-
gestellten Modellhintergrund am Beispiel der Modellrechnung ohne Industriequellen. Die
Modellergebnisse haben im Mittel einen Anteil von rund 27 % an der Darstellung. Die grund-
sätzliche Verteilung der NO
x
-Konzentration entspricht der in Abbildung 3-48, wobei die Konzen-
trationswerte durch die Kopplung mit den Modellergebnissen in einigen Bereichen reduziert, in
anderen Bereichen angehoben wurden. Der Einfluss der Emissionsstruktur ist trotz des relativ
geringen Modellanteils gut zu erkennen, vor allem entlang der Autobahnen A4 zwischen Bautzen
und Glauchau und A72 von Chemnitz Richtung Hof sowie auch im Bereich der Stadt Leipzig. Die in
Tabelle 3-9 aufgeführten statistischen Eckdaten
der Messwerte werden von der Kopplung
"Interpolation + Modellhintergrund" gut erreicht, wobei das modellierte Maximum bei Berück-
sichtigung der Industriequellen höher und ohne Industriequellen niedriger liegt als das der
Messwerte.
Die Dominanz der städtischen Hintergrundstationen konnte durch die Kopplung mit dem
Modellhintergrund im Bereich der Stationen Delitzsch, Bautzen, Freiberg und Annaberg-Buchholz
gesenkt werden, wobei der Modellanteil von 27 % und dementsprechend der Einfluss auf das
Kopplungsergebnis relativ gering ist. Es verbleiben daher im Dreieck der Stationen Chemnitz-Mitte,
Glauchau und Annaberg-Buchholz verhältnismäßig hohe Konzentrationswerte, die emissionsseitig
(Abbildung 3-44 und Abbildung 3-45) nicht erklärt werden.
Im nächsten
Zwischenbericht soll daher für die flächenhafte Darstellung der Konzentrations-
verteilung ein Ansatz untersucht werden, in dem versucht wird, die räumliche Repräsentativität der
städtischen Hintergrundstationen zu erhöhen. Dazu sollen im ersten Schritt die Messwerte für jeden
Zeitschritt der Modellrechnung um die durch LASAT an den Stationsorten ermittelte Zusatz-
belastung bereinigt werden. Die anschließende Interpolation der bereinigten Messwerte ergibt
ebenfalls für jeden Zeitschritt eine Abschätzung des großräumigen Hintergrunds in Sachsen, der im
letzten Schritt mit den Ergebnissen der LASAT-Rechnung kombiniert wird, um die aus Hintergrund
und berücksichtigten Emissionen resultierende Gesamtbelastung zu erhalten. Auf diese Weise wird
zum einen die Interpolation durchgeführt mit Daten, deren Repräsentativität der räumlichen Skala
des Interpolationsverfahrens angepasst ist, und zum anderen ergibt sich eine flächenhafte
Darstellung mit verbesserter räumlicher Auflösung, die nicht mehr durch die Interpolationsstruktur
der städtischen Hintergrundstationen dominiert wird.

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
55
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-50: Verteilung der NO
x
-Jahresmittelwerte 2006 in Sachsen bei Interpolation der
Messwerte und Kopplung mit LASAT-Modellhintergrund ohne Industrie-
quellen. Messwerte als farbige Kreise dargestellt.
Tabelle 3-9: Minima, Maxima und Mittelwerte der gemessenen und der mit FLADIS
berechneten NOx-Konzentrationen in Sachsen.
Minimum [μg/m³]
Maximum [μg/m³]
Mittelwert [μg/m³]
Messwerte 14.8 55.3 31.0
nur Interpolation 14.8 54.0 30.8
nur Modellhintergrund,
Industriequellen Höhe = 40 m
19.0 157.8 24.7
nur Modellhintergrund,
keine Industriequellen
19.9 64.0 24.5
Interpolation + Modellhintergrund,
Industriequellen Höhe = 40 m
16.2 63.8 28.9
Interpolation + Modellhintergrund,
keine Industriequellen
16.3 48.6 28.7
3.4.4
Auswertung
Um Aussagen
über den Einfluss einzelner Stationen auf die flächenhafte Darstellung, aber auch
über die Güte der berechneten räumlichen Konzentrationsverteilung machen zu können, wurde für
jeden der berechneten Fälle eine Kreuzvalidierung durchgeführt. Das in FLADIS für die Kreuz-
validierung implementierte "leave-one-out"-Verfahren beruht darauf, dass die Modellrechnung (z. B.
reine Interpolation oder Interpolation mit Modellhintergrund) für jeden Zeitschritt so oft durchgeführt
wird, wie Messstationen vorhanden sind, und bei jedem Rechenlauf wird eine der Stationen
ausgelassen. Aus der Differenz zwischen dem Wert, den das Modell an der Stelle der aus-
gelassenen Station errechnet, und dem Messwert der ausgelassenen Station wird über alle
Zeitschritte die mittlere relative Abweichung und die Wurzel des mittleren quadratischen Fehlers
(root mean square error) berechnet.

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56
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-51 zeigt als Ergebnis der Kreuzvalidierung für die Modellrechnungen die mittlere
relative Abweichung an jeder Station für das Jahr 2006, aufsteigend sortiert für die Werte der
reinen Interpolation. Demnach zeigen bei reiner Interpolation der Messwerte insbesondere
Stationsorte am Rand von Sachsen (z. B. Klingenthal, Schwartenberg) oder aber Stationsorte, an
denen sich die Messwerte deutlich von den umliegenden Stationen abheben (z. B. Collmberg,
Radebeul-Wahnsdorf), größere relative Abweichungen, wenn der entsprechende Messwert nicht in
der Rechnung berücksichtigt wird.
Die Sensitivität in den Randbereichen ist darin begründet, dass eine Interpolation von Messdaten
streng genommen nur innerhalb der konvexen Hülle der zur Verfügung stehenden Messdaten
möglich ist. Außerhalb dieser konvexen Hülle werden Daten extrapoliert. Das Extrapolations-
verhalten ist stark davon abhängig, welche Daten dabei verwendet werden. Stationsorte in den
Randbereichen fallen häufig in den extrapolierten Bereich, wenn der zugehörige Messwert in der
Kreuzvalidierung ausgelassen wird, und weisen dann schnell größere Abweichungen auf. Dies
zeigt zum einen die Relevanz dieser Stationen. Zum anderen empfiehlt es sich aber, Messwerte
von Stationen in direkter Nachbarschaft außerhalb Sachsens in die Berechnungen einzubeziehen,
um in den Randbereichen des Untersuchungsgebiets verlässliche Ergebnisse zu erzielen. Dieses
Vorgehen wurde z. B. auch in IVU U
MWELT (2006B) angewendet.
In Abbildung 3-51 ebenfalls dargestellt ist die mittlere relative
Abweichung an den Stationsorten für
den Modellhintergrund, d. h. das Ergebnis der LASAT-Ausbreitungsrechnung nach Daten-
assimilation. Diese Werte sind unabhängig von der Kreuzvalidierung, da die Messwerte durch die
Assimilation bereits im Modellhintergrund integriert sind. Insbesondere größere relative
Abweichungen der reinen Interpolation werden daher reduziert.
Die mittleren relativen Abweichungen der Kopplung aus Interpolationsergebnis und Modellhinter-
grund liegen erwartungsgemäß zwischen denen der reinen Interpolation und denen des Modell-
hintergrunds.
Abbildung 3-51: Kreuzvalidierung, Jahresmittel 2006. Mittlere relative Abweichung an den
einzelnen Stationsorten bei reiner Interpolation, bei reinem Modell-
hintergrund nach Datenassimilation sowie bei Interpolation mit LASAT-
Modellhintergrund, aufsteigend für reine Interpolation sortiert.

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
57
1. Zwischenbericht
In Tabelle 3-10 sind der zugehörige root mean square error sowie der Mittelwert der mittleren
relativen Abweichung über alle Stationen aufgelistet. Die Werte sind am höchsten für die reine
Interpolation und erfahren durch die Kopplung mit dem Modellhintergrund eine Minderung, sind
aber insgesamt als relativ hoch einzustufen, was darauf hindeutet, dass die betrachteten Stationen
des Messnetzes eine verhältnismäßig hohe Relevanz bezüglich der flächenhaften Darstellung
haben. Mögliche Ursachen für die Höhe der Kenngrößen können neben dem oben beschriebenen
Problem der Extrapolation die Unkenntnis der Höhe der Emissionsquellen, insbesondere der
Industrie, sowie fehlende Daten zum großräumigen Hintergrund sein.
Tabelle 3-10: Root mean square error und mittlere relative Abweichung der Kreuz-
validierung für die FLADIS-Ergebnisse.
Verfahren
root mean square error
[μg/m³]
mittlere relative
Abweichung [%]
nur Interpolation
15.6
54.4
nur Modellhintergrund,
Industriequellen Höhe = 40 m
10.3 26.3
nur Modellhintergrund,
keine Industriequellen
10.2 27.2
Interpolation + Modellhintergrund,
Industriequellen Höhe = 40 m
13.0 44.4
Interpolation + Modellhintergrund,
keine Industriequellen
13.0 44.5
Um das Luftmessnetz des Freistaats Sachsen auf redundante bzw. für eine flächenhafte Aussage
wichtige Messstandorte zu untersuchen, werden zunächst die Redundanzen untersucht. Welche
Stationen redundant sind, hängt dabei von der Zielsetzung der Station und dem formulierten
Qualitätsziel ab. Beispielsweise sind verkehrsnahe Messstationen für flächenhafte Aussagen im
Maßstab des Bundeslandes Sachsen redundant, da sie nur für ein sehr begrenztes Gebiet
repräsentativ sind. Im lokalen Maßstab sind sie jedoch wichtig, um kleinräumige Belastungsspitzen
zu erfassen.
Im Folgenden wird untersucht, welche der betrachteten Stationen des Messnetzes Sachsen in der
Kreuzvalidierung mittlere relative Abweichungen < 20 % bzw. < 30 % aufweisen. Dies wird als
Qualitätsziel definiert und bedeutet, dass das Ergebnis einer Modellrechnung am Stationsort auch
ohne zugehörigen Messwert nicht mehr als 20 % bzw. 30 % von diesem Messwert abweichen
würde, wenn er denn gemessen worden wäre. Tabelle 3-11 zeigt für die reine Interpolation und für
die Interpolation
mit Modellhintergrund, welche Stationen dieses Kriterium erfüllen.
Wird die Lage der in Tabelle 3-11 aufgeführten Stationen zueinander und in Bezug zu den mit
FLADIS
berechneten Konzentrationsverteilungen (Abbildung 3-48, Abbildung 3-50) betrachtet, so
lässt sich schließen,
das jeweils eine Station der Paare Chemnitz-Mitte – Glauchau und (bei
Verwendung des Qualitätsziels "< 30 %") Leipzig-West – Delitzsch sowie die Station Dresden-
HerzoginGarten in der Nähe der Station Radebeul-Wahnsdorf redundant für die Bildung
flächenhafter Aussagen sind. Die Relevanz dieser Stationen bezüglich ihrer Aufgabe als städtische
Hintergrundstationen bleibt von dieser Aussage unberührt und wird an dieser Stelle nicht bewertet.

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
58
1. Zwischenbericht
Tabelle 3-11: Stationen, die bei Kreuzvalidierung für 2006 eine mittlere relative
Abweichung < 20 % bzw. < 30 % bezogen auf die Messwerte aufweisen.
Verfahren
Stationen mit
|relative Abweichung|<20 %
Stationen mit
|relative Abweichung|<30 %
nur Interpolation
Chemnitz-Mitte
Glauchau
Chemnitz-Mitte
Glauchau
Leipzig-West
Interpolation + Modellhintergrund,
Industriequellen Höhe = 40 m
Chemnitz-Mitte
Glauchau
Dresden-HerzoginGarten
Chemnitz-Mitte
Glauchau
Dresden-HerzoginGarten
Leipzig-West
Delitzsch
Interpolation + Modellhintergrund,
keine Industriequellen
Chemnitz-Mitte
Glauchau
Dresden-HerzoginGarten
Chemnitz-Mitte
Glauchau
Dresden-HerzoginGarten
Leipzig-West
Delitzsch
Die Kreuzvalidierung bewertet nur Standorte, die bereits vorhanden sind. Für die Definition neuer,
für flächenhafte Aussagen wichtiger Standorte müssen zusätzliche Informationen, wie sie in die
Ergebnisse einer Ausbreitungsrechnung integriert sind, herangezogen werden. Im vorliegenden
Fall werden dazu am Beispiel der Modellrechnungen ohne Industriequellen die Ergebnisse der
Kopplung von Interpolationsergebnis und Modellhintergrund aus Kapitel 3.4.3 im Vergleich mit den
Ergebnissen
der reinen Interpolation und dem Modellhintergrund betrachtet (Abbildung 3-52).
Mögliche
Positionen für neue Messstandorte ergeben sich überall dort, wo die Ergebnisse der
reinen Interpolation durch Kopplung mit dem Modellhintergrund eine wesentliche Änderung
erfahren, sich also in letzter Instanz wesentlich vom Modellhintergrund unterscheiden, z. B. im
Bereich der A 4 zwischen Dresden und Bautzen. Der dominierende Unterschied liegt allerdings, wie
bereits in Kapitel 3.4.3 diskutiert, im Dreieck der Stationen
Chemnitz-Mitte, Glauchau und
Annaberg-Buchholz, in dem das Ergebnis der reinen Interpolation deutlich höher liegt als die Werte
des Modellhintergrunds. Da die hohen Werte der reinen Interpolation nicht durch die vorhandenen
Emissionsdaten erklärt werden, ist davon auszugehen, dass die räumliche Repräsentativität der
drei Stationen durch das Interpolationsverfahren überschätzt wird. Für die Abklärung dieser Frage
empfiehlt sich ein geeigneter Messstandort im Gebiet zwischen den drei Stationen.
Abbildung 3-52 zeigt die Ergebnisse von Modellrechnungen ohne Industriequellen. Eine Aussage
zu Messstandorten im
Bereich von Industriequellen lässt sich erst dann sinnvoll treffen, wenn, wie
im nächsten Zwischenbericht geplant, die Emissionshöhen der Großfeuerungsanlagen
berücksichtigt werden.
Im Rahmen einer möglichst vollständigen Darstellung der Konzentrationsverteilung im gesamten
Freistaat Sachsen und in Abhängigkeit von bereits vorhandenen Stationen in direkter Nachbar-
schaft außerhalb Sachsens wären auch weitere Stationen im nördlichen und östlichen Randbereich
des Bundeslandes interessant.

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Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
59
1. Zwischenbericht
Abbildung 3-52: Verteilung der NO
x
-Jahresmittelwerte 2006 in Sachsen. Oben: Reine
Interpolation. Mitte: Kopplung von reiner Interpolation und Modellhintergrund. Unten:
Modellhintergrund (LASAT-Rechnung nach Datenassimilation). Messwerte als farbige Kreise
dargestellt.

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
60
1. Zwischenbericht
4
Ermittlung der wesentlichen Verursacher für die NO
2
-Belastung in Sachsen
4.1
Überprüfung der in den Luftreinhalteplänen getroffenen Aussagen
Es liegen folgende Luftreinhaltepläne für das Land Sachsen vor (Stand 31.07.2008):
LfUG Sachsen 2005: Luftreinhalteplan für die Stadt Leipzig. Sächsisches Landesamt für
Umwelt und Geologie. 2005.
RP Chemnitz 2008: Luftreinhalteplan für die Stadt Chemnitz. Regierungspräsidium Chemnitz.
2008.
RP Dresden 2008: Luftreinhalte- und Aktionsplan für die Stadt Dresden. Regierungspräsidium
Dresden. 2008.
RP Dresden 2008: Luftreinhalteplan für die Stadt Görlitz. Regierungspräsidium Dresden. 2008.
Tabelle 4-1 zeigt die bis zum 31.07.2008 vorgelegten sächsischen
Luftreinhaltepläne im Überblick.
Tabelle 4-1:
Luftreinhaltepläne in Sachsen
Gebiet
Überschreitung
NO
2
Typ
Stand
Chemnitz ja LRP Endfassung Juni 2008
Dresden ja LRP/AP Endfassung Mai 2008
Görlitz nein LRP Endfassung April 2008
Leipzig ja LRP Endfassung 15.09.2005
In drei der vier vorliegenden Luftreinhaltepläne wurden Daten zur verursacherbezogenen
Quellanalyse bezogen auf den Schadstoff NO
2
vorgelegt. Obwohl Görlitz keine NO
2
-
Überschreitung zu verzeichnen hat, wurden Daten zur verursacherbezogene Quellanalyse für NO
x
genannt. Tabelle 4-2 führt die in den Luftreinhalteplänen getroffenen Aussagen zur Verursacher-
analyse
auf. Zu beachten ist, dass sich die Daten auf verschiedene Bezugsjahre beziehen.
Bei der verursacherbezogenen Quellanalyse wurden folgende Abkürzungen verwendet:
Ferntransport (FT), Kfz-Verkehr (Kfz), Industrie - Gewerbe - Großfeuerungsanlagen (Ind), Verkehr
Sonstige (VS - Flugverkehr, Schifffahrt, Schienenverkehr), Hausbrand (Haus), Kleinverbraucher
(Klein), Landwirtschaft (Land) und Summe (Sum).

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
61
1. Zwischenbericht
Tabelle 4-2:
Verursacherbezogene Quellanalyse für NO
x
bzw. NO
2
Mess-
station
BJ
FT
in %
Kfz
in %
Ind
in %
VS
in %
Haus
in %
Klein
in %
Land
in %
Sum
in %
Seite
Chemnitz -
Leipziger Str.
2004 /
2005
11 81 4 1 2 0.8 0.1 99.9 47
Dresden -
Berg-
str.
2004 12 74 7 3 4 100 46
Görlitz -
Zeppelinstr.
2004 /
2005
21 31 23 19 5 1 100 40
Leipzig -
Mitte
1999 bis
2004
21
*
k. A. k. A. k. A.
k. A.
k. A.
k. A.
-
35
BJ: Bezugsjahr
FT: Ferntransport; Kfz: Kfz-Verkehr; Ind: Industrie, Gewerbe und Großfeuerungsanlagen; VS:
Verkehr Sonstige (Flugverkehr, Schifffahrt, Schienenverkehr); Haus: Hausbrand; Klein:
Kleinverbraucher;
*
Mittel 1999 – 2004
Land: Landwirtschaft; Sum: Summe
In allen Plänen, zu denen eine Quellanalyse vorliegt, wird der Kfz-Verkehr als Hauptverursacher
benannt. Die höchsten Werte bei der Belastung durch den Kfz-Verkehr finden sich in Chemnitz mit
einem Anteil von 81 %. Die zwei Pläne mit NO
2
-Überschreitungen, zu denen eine Quellanalyse
vorliegt, nennen Anteile des Kfz-Verkehrs von mindestens 70 %. In Görlitz, wo keine NO
2
-
Überschreitung verzeichnet wurde, addieren sich die Immissionen des Gesamtverkehrs (Kfz +
Sonstiger Verkehr) zu einem Anteil von 50 %.
Auffällig ist in Görlitz der hohe Anteil von Industrie, Gewerbe und Großfeuerungsanlagen, der 23 %
ausmacht. Die Industriequellen zeigen in den zwei Plänen mit NO
2
-Überschreitungen, zu denen
eine Quellanalyse vorliegt, einen Anteil von unter 10 %.
Der Anteil des Ferntransports wird in den zwei Plänen mit NO
2
-Überschreitungen, zu denen eine
Quellanalyse vorliegt, mit ca. 10 % aufgeführt. Das Maximum des Ferntransports findet sich mit
einem Anteil von 21 % in Görlitz, wo keine NO
2
-Überschreitung verzeichnet wurde. Für Leipzig wird
21 % als Mittelwert des Ferntransports über die Jahre 1999 bis 2004 genannt.
Soweit in der Verursacheranalyse der vorliegenden Luftreinhaltepläne der Romberg-Ansatz zur
Ableitung des NO
2
-Jahresmittelwertes aus modellierten NO
x
-Konzentrationen angewendet wurde,
kann nach den Auswertungen in Kapitel 3.2.4 abgeleitet werden, dass dieses
Verfahren für die in
den Luftreinhalteplänen verwendeten Bezugsjahre bis 2005 nicht zu einer Fehlinterpretation führt,
da es bezogen auf Verkehrsmessstellen in Sachsen einen eher konservativen Ansatz darstellt.
4.2
Vertiefende Analyse der Kraftfahrzeugtechnik und
Abgasminderungstechnologien
4.2.1
Modellierung der Emissionsfaktoren für NOx
4.2.1.1
Vorbemerkungen
Grundlage
der Emissionsberechnungen für das Vorhaben ist das „Handbuch für
Emissionsfaktoren“ des Umweltbundesamtes in seiner neuesten Fassung (INFRAS (2004)), im
Folgenden
verkürzt als „Handbuch“ bezeichnet. Das Handbuch enthält Emissionsstufen bis EURO
4 für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge (LNfz) und bis EURO V für schwere Nutzfahrzeuge (SNfz).
Schwere Nutzfahrzeuge sind Lastkraftwagen und Busse. EURO 4 für Pkw und LNfz wurde ab
2005/2006 verbindlich, EURO IV für SNfz ab 2005, EURO V für SNfz ab 2008. Das bedeutet, dass
die im Handbuch enthaltenen Emissionsfaktoren für diese Emissionsstufen nicht auf Messungen

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
62
1. Zwischenbericht
beruhen, wie dies für frühere Emissionsstufen der Fall ist, sondern auf Abschätzungen auf
Grundlage der Grenzwertabsenkungen.
Es muss noch erwähnt werden, dass zur Zeit intensiv an einer Neuauflage des Handbuchs
gearbeitet wird (Version 3), mit deren Erscheinen im Frühjahr 2009 zu rechnen ist. Der TÜV Nord
ist in diese Arbeiten eingebunden. Es wird empfohlen, für die künftigen Arbeitsschritte des
Vorhabens (1. Hälfte 2009 und 2010) das neue Handbuch als Basis zu verwenden.
4.2.1.2
Modifizierungen für Pkw
Die Grenzwertabsenkungen
für NOx von EURO 3 zu EURO 4 betrugen bei Pkw 46,7% bei
Benzinmotoren und 50% bei Dieselmotoren. Bei Benzin-Fahrzeugen wurde im Handbuch
angenommen, dass diese Minderung auch in der Praxis erreicht wird. Die Emissionsfaktoren für
EURO 4 sind also um 46,7% geringer als die für EURO 3. Bei Diesel-Fahrzeugen wurde die
Minderung für die Emissionsfaktoren auf 33% statt 50% abgeschätzt, das entspricht einem
Verschlechterungsfaktor von 0,66.
In der Zwischenzeit liegen eine Reihe von Messungen an EURO 4 Pkw vor. Das umfangreichste
Material stammt von der EMPA in der Schweiz und wurde deshalb auch als Grundlage für die
Validierung derzeit verwendeter Modelle zur Berechnung von Emissionsfaktoren herangezogen. Es
umfasst 20 Pkw mit Benzin-Motor und 10 Pkw mit Dieselmotor. Neben dem wenig praxisgerechten
Typprüfzyklus wurden weitere 16 Zyklen gemessen, allesamt abgeleitet aus Messungen im realen
Verkehr, darunter einige Handbuch Zyklen der Schweizer Version. Die Ergebnisse liegen sämtlich
als modale Daten mit sekündlicher Auflösung vor. Bei der Validierung zeigte das TÜV-Rheinland-
Modell die beste Korrelation.
Bei diesem Modell werden Geschwindigkeiten (v) und das Produkt aus Geschwindigkeit und
Beschleunigung (v*a), das ein Maß für die spezifische Beschleunigungsleistung darstellt, klassiert.
Jeder sekündliche Datensatz wird dann einer entsprechenden Zelle der so definierten Matrix aus v
und v*a zugeordnet. Aus den zugehörigen Emissionswerten wird dann der Mittelwert als
repräsentativ angesehen. Die Emissionen für eine beliebigen neuen Zyklus können dann durch
entsprechende Klassierung der v und v*a Werte und Zuordnung der mittleren Emission durch
Summation über alle sekündlichen Werte und Division durch die Wegstrecke des Zyklus berechnet
werden.
In dieser Weise wurde für die Zyklen der Deutschen Version des Handbuchs verfahren, wobei die
Fahrzeuge in die Handbuch-Segmente:
Benzin <1,4 l Hubraum,
Benzin 1,4 bis 2 l Hubraum,
Benzin >2 l Hubraum,
Diesel 1,4 bis 2 l Hubraum und
Diesel >2 l Hubraum
aufgeteilt wurden und die Ergebnisse der Fahrzeuge innerhalb eines Segmentes gemittelt wurden.
Bei den Benzin-Pkw sind die Unterschiede zu den Handbuch-Emissionsfaktoren ohne einheitlichen
Trend. Bei Fahrzeugen <1,4 l Hubraum sind die aus den Messungen an 5 Fahrzeugen abgeleiteten
Emissionsfaktoren bei Zyklen mit Durchschnittsgeschwindigkeiten bis 70 km/h höher als die
Handbuch-Faktoren, bei höheren Geschwindigkeiten ist dies umgekehrt. Bei Benzin-Pkw mit 1,4
bis 2 l Hubraum sind die aus Messungen an 8 Fahrzeugen abgeleiteten Emissionsfaktoren für alle
Handbuch-Zyklen höher als die Handbuch-Faktoren, im Schnitt um 145%. Bei den Benzin-Pkw mit
Hubräumen >2 l sind die aus Messungen an 6 Fahrzeugen abgeleiteten Emissionsfaktoren für alle

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
63
1. Zwischenbericht
Handbuch-Zyklen bis auf die Stop+Go-Zyklen niedriger als die Handbuch-Faktoren, im Schnitt um
66%. Die Stop+Go-Emissionen sind dagegen erheblich höher als im Handbuch, wobei die
Handbuch-Faktoren auch gegen den zu erwartenden Trend unglaublich gering ausfallen
(<0,015 g/km).
Allerdings bleibt anzumerken, dass die NO
x
-Emissionen der Benzin-Pkw insgesamt auf sehr
niedrigem Niveau liegen (siehe Abbildung 4-1). Die Emissionen der Diesel-Pkw sind über alle
Zyklen
und Fahrzeuge gemittelt über 11mal höher als die der Benzin-Pkw. Bei Fahrzeugen mit 1,4
bis 2 l Hubraum sind die aus Messungen abgeleiteten Emissionsfaktoren sämtlich höher als die
Handbuch-Faktoren, im Mittel um knapp 60%. Bei den Diesel-Pkw mit Hubräumen > 2 l sind die
aus Messungen abgeleiteten Emissionsfaktoren für die Autobahnzyklen geringer (im Schnitt fast
40%) und für die übrigen Zyklen höher (im Schnitt 27%) als die Handbuch-Faktoren.
Die aus den Messungen abgeleiteten Emissionsfaktoren wurden in eine modifizierte Tabelle für die
Basis-Emissionsfaktoren eingegeben und auch als Grundlage für die Abschätzung von EURO 5
und EURO 6 Emissionsfaktoren verwendet. Für diese wurde wie folgt vorgegangen:
Die Grenzwertabsenkungen EURO 5 zu EURO 4 betragen 25% bei Benzin- und 28% bei Diesel-
Pkw. Bei einem Verschlechterungsfaktor oder Wirkungsgrad für den praktischen Betrieb von 2/3
gegenüber der Minderung im Typprüfzyklus ergeben sich Minderungen von 17% für Petrol und
19% für Diesel.
Die Grenzwertabsenkungen EURO 6 zu EURO 5 betragen 0% bei Benzin- und 55,6% bei Diesel-
Pkw. Bei einem Verschlechterungsfaktor oder Wirkungsgrad für den praktischen Betrieb von 2/3
ergeben sich Minderungen von 0% für Petrol und 37% für Diesel.
Diese Minderungen wurden bei den Handbuch-Zyklen jeweils berücksichtigt.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0
20
40
60
80
100
120
140
Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h
NOx-Emission in g/km
Pkw, petrol < 1,4 l, aus Messungen an 5 Fahrzeugen
HB_2.1, abgeschätzt aus EURO 3
Pkw, petrol 1,4-2 l, aus Messungen an 8 Fahrzeugen
HB_2.1, abgeschätzt aus EURO 3
Pkw, petrol > 2 l, aus Messungen an 6 Fahrzeugen
HB_2.1, abgeschätzt aus EURO 3
Pkw, Diesel 1,4-2 l, EURO 4 aus Messungen an 8 Fahrzeugen
HB_2.1, abgeschätzt aus EURO 3
Pkw, Diesel >2 l, EURO 4 aus Messungen
HB_2.1, abgeschätzt aus EURO 3
Abbildung 4-1: Vergleich Handbuch-Emissionsfaktoren / aus Messungen abgeleitete
Faktoren für EURO 4 Pkw

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
64
1. Zwischenbericht
4.2.1.3
Modifizierungen für leichte Nutzfahrzeuge
Für leichte Nutzfahrzeuge liegen leider noch keine aktuellen Messungen von EURO 4 Fahrzeugen
vor. Für das neue Handbuch werden allerdings zur Zeit entsprechende Messprogramme
durchgeführt, deren Ergebnisse allerdings noch nicht verfügbar sind.
Das Handbuch unterscheidet bei den LNfz 4 Segmente:
Benzin M+N1-I,
Benzin N1-II,
Diesel M+N1-I,
Diesel N1-II.
Die derzeitigen Handbuch-Emissionsfaktoren sind für EURO 3 und EURO 4 in Abbildung 4-2
dargestellt.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
0
20
40
60
80
100
120
Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h
NOx-Emission in g/km
HB LNF Benzin M+N1-I / EURO3
HB LNF Benzin M+N1-I / EURO4
HB LNF Benzin N1-II / EURO3
HB LNF Benzin N1-II / EURO4
HB LNF Diesel M+N1-I / EURO3
HB LNF Diesel M+N1-I / EURO4
HB LNF Diesel N1-II / EURO3
HB LNF Diesel N1-II / EURO4
Abbildung 4-2: Handbuch-Emissionsfaktoren für LNfz EURO 3 und 4
Die Emissionen des Segments Benzin M+N1-I liegen auf Pkw-Niveau. Dies ist trotz 25% höherem
EURO 4 Grenzwert zu erwarten, da in diesen Fahrzeugen dieselben Motoren eingesetzt werden.
Deshalb wird vorgeschlagen, für dieses Segment die aus Messungen abgeleiteten EURO 4 Werte
für Benzin-Pkw 1,4 bis 2 l Hubraum zu verwenden.
Die Emissionen des Segments Benzin N1-II liegen deutlich über Pkw-Niveau und stimmen
erstaunlicherweise für Zyklen mit Durchschnittsgeschwindigkeiten über 80 km/h ganz gut mit den
Werten des Segments Diesel N1-II überein. Der EURO 4 Grenzwert des Segments Benzin N1-II
liegt mit 0,11 g/km 38% höher als der für Benzin-Pkw. Der Grenzwert für entsprechende Fahrzeuge
mit Dieselmotor ist 3,6mal höher.
Es wird vorgeschlagen für das Segment LNfz Benzin N1-II die um den Faktor 2,2 erhöhten Werte
für die aus Messungen abgeleiteten Pkw-Werte für 1,4 bis 2 l Hubraum zu verwenden. Diese
stimmen bis zu einer Zyklus-Durchschnittsgeschwindigkeit von 80 km/h ganz gut mit den bisherigen
Handbuch-Faktoren überein und zeigen oberhalb dieser Geschwindigkeit den zu erwartenden
Trend (siehe Abbildung 4-3).

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
65
1. Zwischenbericht
Die Handbuch-Werte für LNfz mit Dieselmotoren sind im Vergleich zu den modifizierten Pkw-
Werten zu niedrig. Die LNfz Diesel M+N1-I haben einen um 32% höheren Grenzwert als die
entsprechenden Diesel-Pkw. Für LNfz Diesel N1-II liegt der Grenzwert um 56% über dem der
Diesel-Pkw. Für beide Segmente wird vorgeschlagen, die aus Messungen abgeleiteten Werte für
Diesel Pkw 1,4 bis 2 l Hubraum mit der halben Grenzwertüberhöhung gegenüber den Pkw zu
multiplizieren und die Ergebnisse als Emissionsfaktoren zu verwenden. Der Vergleich Handbuch-
modifiziert ist in Abbildung 4-4 dargestellt.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0 20 40 60 80 100 120
Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h
NOx-Emission in g/km
HB LNF Benzin M+N1-I / EURO4
HB LNF Benzin N1-II / EURO4
HB LNF Diesel M+N1-I / EURO4
HB LNF Diesel N1-II / EURO4
LNF Benzin N1-II, Vorschlag: Efaktoren für EURO 4 aus Pkw petrol 1,4-2 l ableiten
Abbildung 4-3: Emissionsfaktoren für das Segment LNfz N1-II
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
0 20 40 60 80 100 120
Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h
NOx-Emission in g/km
HB LNF Diesel M+N1-I / EURO4
HB LNF Diesel M+N1-I, Vorschlag: Efaktoren wie Pkw Diesel 1,4-2 l für EURO 4
multipliziert mit halber Grenzwertüberhöhung
HB LNF Diesel N1-II / EURO4
HB LNF Diesel N1-II, Vorschlag: Efaktoren wie Pkw Diesel 1,4-2 l für EURO 4
multipliziert mit halber Grenzwertüberhöhung
Abbildung 4-4: Emissionsfaktoren für LNfz mit Dieselmotor

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
66
1. Zwischenbericht
4.2.1.4
Modifizierungen für schwere Nutzfahrzeuge
Die im Handbuch enthaltenen Emissionsfaktoren für schwere Nutzfahrzeuge wurden für EURO 3
Fahrzeuge bereits in einem Forschungsvorhaben der BASt mit Messergebnissen verglichen, die
mit mobiler Messtechnik an Lkw im praktischen Betrieb durchgeführt wurden (siehe K
LEINEBRAHM,
M. & H. S
TEVEN (2005)). Hierbei wurden 3 Lastzüge der 40 t-Klasse und 1 Verteiler-Lkw (12 t zul.
Gesamtmasse) gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Handbuch-Emissionsfaktoren den
realen Betrieb hinreichend gut repräsentieren.
Dies gilt auch für EURO 4 Fahrzeuge mit Abgasrückführung und Partikelabscheider, von denen 2
Fahrzeuge im Rahmen eines UBA-Projektes ebenfalls im praktischen Einsatz gemessen wurden
(siehe K
LEINEBRAHM, M., L-E. SCHULTE, H. STEVEN (2008)), nicht jedoch für Fahrzeuge mit selektiv
wirkendem NOx-Katalysator (SCR) mit Harnstoffzusatz. Diese zeigten bei hohen Geschwindig-
keiten das erwartete und mit den Handbuch-Faktoren übereinstimmende Verhalten, die Emissions-
faktoren lagen jedoch mit abnehmender Geschwindigkeit zunehmend über den EURO V
Handbuch-Faktoren, und zwar um bis zum 2,2fachen (siehe Abbildung 4-5).
Nach eigenen
Recherchen bei Herstellern und Betreibern kann man davon ausgehen, dass etwa
75% der EURO V SNfz mit SCR-Systemen ausgerüstet sein werden. Daher wurde für die
Modellierung der Emissionsfaktoren ein gewichtetes Mittel aus Handbuch-EURO V Werten
(Wichtung 25%) und mit den Verschlechterungsfaktoren multiplizierten Werten (Wichtung 75%)
herangezogen.
Die so erhaltenen Werte wurden ebenfalls in die modifizierte Basisdatentabelle eingegeben.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Verschlechterungsfaktor gegenüber EURO V Handbuch-
Faktoren
Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h
Verschlechterungsfaktor, anwendbar auf alle SNFz-EURO
V Schichten mit SCR
Abbildung 4-5: Verschlechterungsfaktoren für SNfz mit SCR-Systemen
4.2.2
Erstellung einer modifizierten Emissionsdatenbasis für Bezugsjahre zwischen
2008
und 2020
Die in den vorherigen Abschnitten dargestellten Modifikationen betrafen warme Emissionen für
Längsneigung 0% und für segmentfeine Emissionsstufen EURO 4 und 5. Für die Emissionsbilanz
müssen aber aggregierte Werte für Pkw, LNfz und SNfz unter Berücksichtigung des Flottenmix und

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
67
1. Zwischenbericht
von Kaltstartzuschlägen für unterschiedliche Längsneigungen bestimmt werden. Dazu wurde wie
folgt vorgegangen:
Für den Flottenmix wurden die vom Auftraggeber zur Verfügung gestellten Daten gesichtet und
analysiert. Für LNfz und SNfz liegen keine verwertbaren statistischen Daten zu Gesamtgewicht-
klassen oder Emissionsstufen vor. Lediglich in einer Excel-Datei (Verkehrszahlen_Sachsen.xls)
werden Angaben zu Fahrleistungen von Lkw und Last- und Sattelzügen für Bezugsjahre zwischen
1996 und 2006 gemacht. Diese Werte sind entsprechenden Werten aus Tremod in Abbildung 4-6
gegenübergestellt.
Das Land Sachsen hat demnach bei ähnlichem zeitlichen Trend einen um ca.
10% höheren Anteil an Last- und Sattelzügen und einen entsprechend geringeren Anteil an Solo-
Lkw als der Bundesdurchschnitt. Dies wurde bei den Fahrleistungsgewichtungen entsprechend
berücksichtigt.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
Anteil
Bezugsjahr
Sachsen,
Solo-Lkw
Sachsen, Last- und Sattelzüge
Deutschland, Solo-Lkw
Deutschland, Last- und Sattelzüge
Abbildung 4-6: Vergleich der Fahrleistungsanteile von Solo-Lkw und Last- und Sattelzügen
für Sachsen und Deutschland gesamt
Für Pkw liegen aus K
RAFTFAHRT-BUNDESAMT (2006A) und KRAFTFAHRT-BUNDESAMT (2006B)
statistische Angaben des KBA zu den Anteilen von Benzin/Diesel, Emissionsstufen und von
Hubraumklassen für Sachsen und das Bundesgebiet insgesamt für das Bezugsjahr 2005 vor. Die
Anteile Benzin/Diesel sind in Tabelle 4-3 zusammengestellt. Der Anteil an Diesel-Pkw ist in
Sachsen um 7,6% geringer als im Bundesdurchschnitt. Eine entsprechende
Statistik für
Hubraumklassen ist in Tabelle 4-4 zusammengestellt. Der Anteil kleinerer Fahrzeuge ist in Sachsen
deutlich größer
als im Bundesdurchschnitt.
Tabelle 4-3:
Anteile Benzin/Diesel bei Pkw für das Bezugsjahr 2005
Region
Anteil Benzin Anteil Diesel
RB Chemnitz
85.9%
14.1%
RB Dresden
85.8%
14.2%
RB Leipzig
85.1%
14.9%

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
68
1. Zwischenbericht
Sachsen gesamt
85.7%
14.3%
Deutschland gesamt
78.1%
21.9%
Tabelle 4-4:
Anteile an unterschiedlichen Hubraumklassen bei Pkw für das Bezugsjahr
2005
Land bzw.
Hubvolumen
Regierungsbe
zirk
< 1,4 l
1,4 bis 2 l
> 2 l
RB Chemnitz
37.2%
54.8%
8.0%
RB Dresden
35.2%
56.2%
8.6%
RB Leipzig
35.6%
55.3%
9.0%
Sachsen 36.1% 55.4% 8.5%
Deutschland 29.2% 54.8% 16.0%
6.9% 0.7% -7.6%
Die Statistiken für die Emissionsstufen von Benzinern und Diesel sind in Tabelle 4-5 und Tabelle
4-6 zusammengestellt.
In Sachsen sind die Anteile an Pkw mit Emissionsstufen vor EURO 1
deutlich geringer und die von Pkw der Emissionsstufe EURO 3 höher als im Bundesdurchschnitt.
Die entsprechenden Änderungen wurden bei den Gewichtungsfaktoren berücksichtigt, und zwar
auch bei den LNfz, wobei der Handbuch-Trend für die zeitliche Entwicklung nach 2005 beibehalten
wurde.
Tabelle 4-5:
Statistische Angaben nach Emissionsstufen für Benzin-Pkw, Bezugsjahr
2005
nach Emissionsgruppen, Benzin
Region
vor EURO 1 EURO 1 EURO 2 EURO 3 EURO 4 Summe
RB Chemnitz
2.3% 24.7% 17.2% 36.6% 19.2% 100.0%
RB Dresden
3.0% 28.3% 16.7% 35.0% 17.0% 100.0%
RB Leipzig
2.9% 27.9% 16.1% 34.3% 18.7% 100.0%
Sachsen gesamt
2.7% 26.8% 16.8% 35.4% 18.2% 100.0%
Deutschland gesamt 4.2% 27.2% 16.4% 33.1% 19.2% 100.0%
Tabelle 4-6: Statistische Angaben nach Emissionsstufen für Diesel-Pkw, Bezugsjahr
2005
nach Emissionsgruppen, Diesel
Region
vor EURO 1 EURO 1 EURO 2 EURO 3 EURO 4 Summe
RB Chemnitz
3.0% 6.1% 24.0% 50.4% 16.6% 100.0%
RB Dresden
3.9% 7.6% 23.6% 49.0% 15.9% 100.0%
RB Leipzig
3.8% 7.8% 23.3% 48.6% 16.5% 100.0%
Sachsen gesamt
3.5% 7.1% 23.7% 49.4% 16.3% 100.0%
Deutschland gesamt 5.2% 8.8% 23.7% 45.5% 16.8% 100.0%
Für die Ausweitung der Modifikationen auf unterschiedliche Längsneigungsklassen wurden für die
bestehenden EURO 4 Schichten die Verhältnisse zwischen dem Emissionsfaktor der betreffenden

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
69
1. Zwischenbericht
Längsneigungsklasse je Fahrzeugschicht und Handbuch-Zyklus (IDVS von 501 bis 530) und dem
entsprechenden Handbuch-Emissionsfaktor für die Längsneigungsklasse 0% bestimmt. Diese
Verhältnisse wurden dann auf die modifizierten EURO 4/5/6 Emissionsfaktoren angewendet, um
entsprechend modifizierte Werte für die übrigen Längsneigungsklassen zu erhalten.
In analoger Weise wurde verfahren, um den Alterseinfluss für die verschiedenen Fahrzeug-
schichten für die Folgejahre bis 2020 zu berücksichtigen.
Die Emissionsfaktoren wurden dann für Bezugsjahre von 2008 bis 2020 innerhalb der
Fahrzeugkategorien Pkw, LNfz und SNfz mit den modifizierten Fahrleistungsgewichten für 2005
und dem Trend des Handbuchs zu mittleren Emissionsfaktoren aggregiert.
Für die Innerorts-Zyklen mit Ausnahme des Stop+Go-Zyklus wurden zusätzlich Kaltstartzuschläge
für Pkw und LNfz auf der Basis der Mobilev-Modellierung bestimmt. Diese arbeitet mit
straßentypabhängigen, stundenbezogenen Häufigkeitsverteilungen für den 1. bis 5. Kilometer, die
aus Untersuchungen in Berlin stammen. Die Kaltstartzuschläge sind in der Ergebnistabelle separat
ausgewiesen.
Diese Berechnungen wurden für folgende Szenarien durchgeführt:
1.
Analog Handbuch, also Pkw und LNfz nur bis EURO 4,
2.
Zusätzlich ab 2009 Berücksichtigung von EURO 5 für Pkw und LNfz,
3.
Wie 2., zusätzlich ab 2015 Berücksichtigung von EURO 6 für Pkw und LNfz.
Die Fahrleistungsgewichtungen für die neuen Emissionsstufen wurden für Pkw und LNfz auf der
Basis der in Abbildung 4-7 dargestellten Altersverteilung für Sachsen bestimmt. Diese stammt aus
K
RAFTFAHRT-BUNDESAMT (2006B). Die Kurven entsprechen einem Durchschnittsalter von 7,2 Jahren
für Sachsen. Zusätzlich wurde angenommen, dass im Einführungsjahr der neuen Emissionsstufen
30% der Neuzulassungen noch der vorherigen Emissionsstufe entsprechen, 1 Jahr später noch
20%, 2 Jahre später noch 10% und erst im 3. Jahr nach Einführung alle Neuzulassungen der
neuen Emissionsstufe entsprechen. Die sich daraus ergebenden prozentualen Anteile sind in
Tabelle 4-7 und Tabelle 4-8 zusammengestellt.
0%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
8%
9%
0
5
10
15
20
25
30
35
40
An teil
Alter in Jahren
Sa
c
hs
e
n
Deutschland
Abbildung 4-7: Altersverteilungen von Pkw und LNfz zur Bestimmung der Fahrleistungs-
anteile für EURO 5 und 6 (abgeleitet aus K
RAFTFAHRT-BUNDESAMT (2006B))

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
70
1. Zwischenbericht
Tabelle 4-7:
Anteile von EURO 5 Fahrzeugen und restlichen Fahrzeugen in Abhängigkeit
vom Bezugsjahr für Szenario 2
Bezugsjahr
EURO 5
Rest
2009 4.34% 95.66%
2010 9.55% 90.45%
2011 15.76% 84.24%
2012 22.38% 77.62%
2013 28.97% 71.03%
2014 35.51% 64.49%
2015 43.20% 56.80%
2016 50.67% 49.33%
2017 57.51% 42.49%
2018 64.21% 35.79%
2019 70.44% 29.56%
2020 75.96% 24.04%
Tabelle 4-8:
Anteile von EURO 6 Fahrzeugen und restlichen Fahrzeugen in Abhängigkeit
vom Bezugsjahr für Szenario 3
Bezugsjahr
EURO 6
Rest
2015 4.34% 95.66%
2016 9.55% 90.45%
2017 15.76% 84.24%
2018 22.38% 77.62%
2019 28.97% 71.03%
2020 35.51% 64.49%
Hinsichtlich der Kaltstartzuschläge wurde für alle EURO 5 Fahrzeuge eine Reduktion gegenüber
EURO 4 um 20% angenommen. Diese Reduktion wurde auch für EURO 6 Benzin-Fahrzeuge
beibehalten, da keine weitere Grenzwertabsenkung gegenüber EURO 5 erfolgt. Für EURO 6
Diesel-Fahrzeuge wurden die Kaltstartzuschläge gegenüber EURO 4 um 40% reduziert.
Der Vergleich zwischen Handbuch- und modifizierten Emissionsfaktoren ist für die Bezugsjahre
2008 und 2020 in Abbildung 4-8 bis Abbildung 4-10 für Pkw, LNfz und SNfz dargestellt. Abbildung
4-11 und
Abbildung 4-12 zeigen die Emissionsfaktoren für die Szenarien 1 und 2 für Pkw und LNfz,
Abbildung 4-13 und Abbildung 4-14 analoges für die Szenarien 2 und 3. Entsprechende Bilder für
SNfz sind
obsolet, weil die Emissionsfaktoren für diese Fahrzeugkategorie für alle Szenarien
unverändert sind.

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
71
1. Zwischenbericht
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
495
500
505
510
515
520
525
530
535
Verkehrssituation-Nr. (IDVS)
NOx-Emission in g/km
Pkw, EFA_warm_HB, 2008
Pkw, EFA_warm_mod, 2008
Pkw, EFA_warm_HB, 2020
Pkw, EFA_warm_mod, 2020
Abbildung 4-8: Vergleich Emissionsfaktoren Handbuch/modifizierte Werte für Pkw und
Szenario 1
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
495
500
505
510
515
520
525
530
535
Verkehrssituation-Nr. (IDVS)
NOx-Emission in g/km
LNfz, EFA_warm_HB, 2008
LNfz, EFA_warm_mod, 2008
LNfz, EFA_warm_HB, 2020
LNfz, EFA_warm_mod, 2020
Abbildung 4-9: Vergleich Emissionsfaktoren Handbuch/modifizierte Werte für LNfz und
Szenario 1

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
72
1. Zwischenbericht
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
495
500
505
510
515
520
525
530
535
Verkehrssituation-Nr. (IDVS)
NOx-Emission in g/km
SNfz, EFA_warm_HB, 2008
SNfz, EFA_warm_mod, 2008
SNfz, EFA_warm_HB, 2020
SNfz, EFA_warm_mod, 2020
Abbildung 4-10: Vergleich Emissionsfaktoren Handbuch/modifizierte Werte für SNfz und
Szenario 1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
495
500
505
510
515
520
525
530
535
Verkehrssituations-Nr. (IDVS)
NOx-Emission in g/km
Pkw, Szenario 1, 2020
Pkw, Szenario 2, 2020
Abbildung 4-11: Vergleich modifizierte Emissionsfaktoren für Pkw Szenarien 1 und 2

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
73
1. Zwischenbericht
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
495
500
505
510
515
520
525
530
535
Verkehrssituations-Nr. (IDVS)
NOx-Emission in g/km
LNfz, Szenario 1, 2020
LNfz, Szenario 2, 2020
Abbildung 4-12: Vergleich modifizierte Emissionsfaktoren für LNfz Szenarien 1 und 2
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
495
500
505
510
515
520
525
530
535
Verkehrssituations-Nr. (IDVS)
NOx-Emission in g/km
Pkw, Szenario 2, 2020
Pkw, Szenario 3, 2020
Abbildung 4-13: Vergleich modifizierte Emissionsfaktoren für Pkw Szenarien 2 und 3

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
74
1. Zwischenbericht
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
495
500
505
510
515
520
525
530
535
Verkehrssituations-Nr. (IDVS)
NOx-Emission in g/km
LNfz, Szenario 2, 2020
LNfz, Szenario 3, 2020
Abbildung 4-14: Vergleich modifizierte Emissionsfaktoren für LNfz Szenarien 2 und 3

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
75
1. Zwischenbericht
4.2.3
Vorschlag zum NO
2
-Anteil am NOx-Abgas
Tabelle 4-9: Vorschlag zum NO
2
-Anteil am NOx-Abgas auf Basis IFEU Literatur-
recherche, Info von Herstellern und TÜV-Messungen
Fahrzeug
NO
2
/NOx
best case
average
worst case
PKW
Benzin
EURO 1 und früher
5.0%
5.0%
5.0%
EURO 2 5.0% 5.0% 5.0%
EURO 3 5.0% 5.0% 5.0%
EURO 4 5.0% 5.0% 5.0%
EURO 5 5.0% 5.0% 5.0%
EURO 6 5.0% 5.0% 5.0%
Diesel
EURO 1 und früher
10.0%
15.0%
20.0%
EURO 2 10.0% 15.0% 20.0%
EURO 3 25.0% 32.5% 40.0%
EURO 4 35.0% 42.5% 50.0%
EURO 5 35.0% 37.0% 39.0%
EURO 6 5.0% 12.5% 20.0%
leichte Nutzfahrzeuge (bis 3,5 t zul. Gesamtmasse)
Benzin
EURO 1 und früher
5.0%
5.0%
5.0%
EURO 2 5.0% 10.0% 15.0%
EURO 3 5.0% 10.0% 15.0%
EURO 4 5.0% 10.0% 15.0%
EURO 5
EURO 6
Diesel
EURO 1 und früher
10.0%
15.0%
20.0%
EURO 2 10.0% 15.0% 20.0%
EURO 3 25.0% 35.0% 45.0%
EURO 4 35.0% 45.0% 55.0%
EURO 5 35.0% 37.0% 39.0%
EURO 6 5.0% 12.5% 20.0%
schwere Nutzfahrzeuge (ohne Linienbusse)
EURO I und früher
5.0%
5.0%
5.0%
EURO II 5.0% 5.0% 5.0%
EURO III 5.0% 5.0% 5.0%
EURO IV 15.0% 16.0% 17.0%
EURO V 8.0% 11.5% 15.0%
EURO VI 5.0% 7.5% 10.0%
Linienbusse
EURO I und früher
5.0%
5.0%
5.0%
EURO II 5.0% 5.0% 5.0%
EURO III 10.0% 10.0% 10.0%
EURO IV 25.0% 27.5% 30.0%
EURO V 15.0% 22.5% 30.0%
EURO VI 10.0% 10.0% 10.0%
4.3
Ableitung von Fortschreibungsbedarf für das sächsische Emissionskataster
Das sächsische Emissionskataster für den Straßenverkehr basiert zur Zeit auf dem aktuell gültigen
Handbuch Emissionsfaktoren für den Straßenverkehr Version 2.1 (INFRAS (2004)). Die Defizite
des HBEfa für die Emissionsbestimmung
für NOx sind in Kapitel 4.2 benannt worden:
-
EURO 4 - Faktoren
basieren auf Hochrechnungen
-
EURO 5 und EURO 6 Normen sind noch nicht berücksichtigt
-
es existieren keine Faktoren bzw. Anteilswerte für NO
2
-Direktemissionen
-
die Standardflotte weicht vor allem beim Dieselanteil erheblich von der
sächsischen Flotte ab

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
76
1. Zwischenbericht
Als Ergebnis der Arbeiten in Kapitel 4.2 liegen modifizierte Emissionsfaktoren und Flottengewichte
für Sachsen vor, die für die Prognoseberechnungen in Kapitel 5.2 in das Eingangsformat von
IMMIS
em
(IVU UMWELT (2008)) umgesetzt wurden. Die Ergebnisse der oben genannten Kapitel 4.2
und Kapitel 5.2 zeigen deutlich, dass in diesen Bereichen eine Aktualisierung des
Emissionskatasters
notwendig ist.
Es wird erwartet, dass im Frühjahr 2009 eine neue Version des HBEfa veröffentlicht wird. Nach
derzeitigem Kenntnisstand werden dort die in den hier vorliegenden Arbeiten vorgestellten
Modifikationen in analoger Form aktualisiert.
5
Prognose der Entwicklung bis 2020
5.1
Aussagen der Luftreinhaltepläne
5.1.1
Prognose 2010
Der Grenzwert für NO
2
wird 2010 gültig. Luftreinhaltepläne zu NO
2
sollen auch Auskunft darüber
geben, ob die Vorgaben in diesem Stichjahr eingehalten werden oder nicht.
In Tabelle 5-1 werden als Zitate die Aussagen der Pläne zur Einhaltung der Grenzwerte im
Stichjahr
2010 aufgeführt.

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
77
1. Zwischenbericht
Tabelle 5-1:
Prognose 2010 als Zitat der Luftreinhaltepläne
Gebiet
Verdacht
auf ÜS
2010
Prognose für 2010 als Zitat aus dem Plan
Seite
Chemnitz
Ja
Lagen die höchsten Konzentrationen für bewohnte
Straßenabschnitte im Zeitraum 2001-05 noch bei 58 μg/m³
für NO
2
, so können diese durch Umsetzung aller
Maßnahmen auf 45 μg/m³ bis 2010 gesenkt werden.
Hauptursache für diese Immissionsreduzierung sind neben
dem technischen Fortschritt der Kfz-Technik vor allem die
geplanten verkehrsregulierenden Maßnahmen.
65
Dresden
Ja
Das Regierungspräsidium Dresden hat sich daher
entschieden, den Luftreinhalte- und Aktionsplan in der
vorliegenden Fassung als 1. Schritt für eine Verbesserung
der Luftqualität
ohne
eine Umweltzone, aber mit einer
erheblichen Anzahl anderer Maßnahmen zu verabschieden.
Somit können die ersten Maßnahmen zeitnah umgesetzt
werden.
In einem 2. Schritt sollen weitere Maßnahmen in den
Luftreinhalte- und Aktionsplan aufgenommen werden. Nach
jetziger Erkenntnislage ist die Einrichtung einer Umweltzone
bis spätestens 2010 unausweichlich. Dies sollte Thema der
Fortschreibung des Luftreinhalte- und Aktionsplans sein.
... Abschließend wird darauf hingewiesen, dass in allen
modellierten Fällen Straßenabschnitte bleiben, für die die
Grenzwerte mit diesem Maßnahmepaket noch nicht
eingehalten werden können. Für diese Abschnitte müssen im
Einzelfall weitere Maßnahmen geprüft werden.
73
Görlitz
*
k. A.
k. A.
-
Leipzig
Ja
Die für PM10 getroffenen Aussagen treffen im Wesentlichen
auch für NO
2
zu. Hier ist der Einfluss des Verkehrs auf die
Gesamtbelastung ... noch stärker.
... Im Rahmen der oben genannten Unsicherheiten könnten
im Jahr 2010 im Stadtzentrum (Umgebung des
Hauptbahnhofes, Jahnallee, Friedrich-Ebert-Straße, Käthe-
Kollwitz-Straße) noch Überschreitungen auftreten. Die
Jahnallee würde der Immissionsschwerpunkt bleiben. Außer
dieser Straße sind noch Willi-Brandt-Platz, Dittrichring,
Friedrich-Ebert-Straße, Käthe-Kollwitz-Straße, Wurzener
Straße und Am Gothischem Bad zu beobachten. Für diese
Straßen wäre ggf. eine langfristige Lösung (z. B. dauerhafte
verkehrslenkende Maßnahmen für LKW) erforderlich.
61
*
Görlitz hat keine NO
2
-Überschreitung zu verzeichnen
In allen drei Plänen mit NO
2
-Überschreitungen wurden Prognosedaten für das Jahr 2010 vorgelegt.
In all diesen Plänen wurde der Verdacht auf eine Grenzwertüberschreitung im Jahr 2010 aus-
gesprochen.
Görlitz hat keine NO
2
-Überschreitung zu verzeichnen, es wurde keine Prognose der NO
2
-
Immissionen für 2010 vorgelegt.
5.1.2
Prognose 2015
In Tabelle 5-2 werden als Zitate die Aussagen der Pläne mit dem Prognosehorizont 2015
aufgeführt.

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
78
1. Zwischenbericht
Tabelle 5-2:
Prognose 2015 als Zitat der Luftreinhaltepläne
Gebiet
Verdacht
auf ÜS
2015
Prognose für 2015 als Zitat aus dem Plan
Seite
Chemnitz Ja Der NO
2
-Grenzwert kann auch 2015 noch nicht an allen
prognostizierten Straßenabschnitten eingehalten werden,
jedoch sind die berechneten Überschreitungen nur noch so
gering, dass sie deutlich unter den Fehlergrenzen des
Modells liegen.
Die verkehrswirksame Umsetzung der geplanten (Kap. 8) und
zusätzlichen (Kap. 9) Maßnahmen führt 2015 zu einem
starkem Rückgang der höchsten absoluten Konzentrationen
bei NO
2
von 58
μg/m³
auf 44
μg/m³.
66
Dresden
k. A.
k. A.
-
Görlitz
*
k. A.
k. A.
-
Leipzig
k. A.
k. A.
-
*
Görlitz hat keine NO
2
-Überschreitung zu verzeichnen
Nur in einem der drei Pläne mit NO
2
-Überschreitungen, im Luftreinhalteplan für die Stadt Chemnitz,
wurden Prognosedaten für das Jahr 2015 vorgelegt. Es wurde der Verdacht auf eine
Grenzwertüberschreitung im Jahr 2015 ausgesprochen.
Görlitz hat keine NO
2
-Überschreitung zu verzeichnen, es wurde keine Prognose der NO
2
-
Immissionen für 2015 vorgelegt.
5.2
Prognose der Entwicklung für die Bergstraße und die Lützner -Straße
Die modifizierte
Emissionsdatenbasis aus Kapitel 4.2 wurde in das Emissionsmodel
IMMIS
em
(IVU
U
MWELT (2008)) integriert. Zur Beurteilung der Änderungen in den NO
x
-Emissionen, die aus der
Modifikation der NOx-Emissionsfaktoren und der Anpassungen der Flottenzusammensetzung auf
die Verhältnisse in Sachsen resultieren, wurden mit dem Emissionsmodell Rechnungen für die
Bergstraße in Dresden und die Lützner Straße in Leipzig durchgeführt. Grundlage der
Berechnungen der NO
2
-Emissionen war der in Kapitel 4.2.3 beschriebene Vorschlag.
Tabelle 5-3:
Übersicht über die berechneten Straßenabschnitte
Name
Dresden Bergstraße
Leipzig Lützener Straße
Typ nach HBEfa
LSA 1
LSA 2
Steigung
6 %
0 %
DTV 26332 20972
Schwere LKW
1.1 %
1.4 %
Leichte LKW
3.4 %
4 %
Bus
0 %
0 %
Krad
0 %
0 %
Kapazität 600 750
Spuren 4 2
Berechneter
Stauanteil
1.3 %
11.9 %

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
79
1. Zwischenbericht
Für die Jahre 1995, 2000, 2004, 2005, 2007, 2010, 2015 und 2020 wurden die NOx- und die NO
2
-
Emissionen für die in Tabelle 5-4 aufgeführten Szenarien berechnet.
Tabelle
5-4:
Übersicht über die gerechneten Szenarien
Szenario
Kürzel E-Faktoren/Flotte
Berechnete Jahre
Emissionsfaktoren nach HBEfa
Flottenzusammensetzung nach HBEfa
HBEfa HBEfa
alle
Emissionsfaktoren nach HBEfa
Flottenzusammensetzung für Sachsen
HBEfa Sachsen
ab 2005
Emissionsfaktoren nach TÜV Nord
Flottenzusammensetzung für Sachsen
TÜV Sachsen
ab 2005
Die Ergebnisse sind getrennt für die Bergstraße in Dresden und die Lützener Straße in Leipzig für
NO
x
- und NO
2
-Emissionen in Abbildung 5-1 bis Abbildung 5-4 dargestellt.
Die NO
x
-Emissionen sinken in der Bergstraße in Dresden bei den Berechnungen mit Flotte und
Emissionsfaktoren nach dem HBEfa kontinuierlich von 1995 bis 2020. Dem gleichen Trend folgen
auch die Ergebnisse der anderen Szenarien. Bei Berücksichtigung der modifizierten Flotte für
Sachsen sind die Emissionen geringer im Vergleich zur HBEfa-Flotte, da in dieser Flotte Fahrzeuge
der Euronorm größer EURO 3 einen größeren Fahrleistungsanteil haben. Des weiteren führt der im
Vergleich zum Bundesdurchschnitt geringere Anteil Dieselfahrzeuge (siehe Kapitel 4.2) zu
niedrigeren
NO
x
-Emissionen. Die im Vergleich höheren Emissionen im Szenario TÜV/Sachsen
spiegeln, trotz der Verwendung der modifizierten Flotte für Sachsen, den Einfluss der vom TÜV
Nord modifizierten NO
x
-Emissionsfaktoren wieder. Dieser Einfluss ist so stark, dass die Emissionen
des Szenarios TÜV/Sachsen trotz mindernder Flottenmodifikationen ab 2007 größer sind als beim
Szenario HBEfa/HBEfa.
Die NO
x
-Emissionen in der Lützner Straße in Leipzig entwickeln sich analog zu denen in der
Bergstraße in Dresden, da es sich in beiden Fällen um eine Innerort-Verkehrssituation handelt.

image
image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
80
1. Zwischenbericht
Abbildung 5-1: Vergleich der NO
x
-Emissionen in g/(m*d) für die Bergstraße in Dresden
Abbildung 5-2: Vergleich der NO
x
-Emissionen in g/(m*d) für die Lützner Straße in Leipzig
Die NO
2
-Emissionen steigen im Gegensatz zu den NOx Emissionen für die Bergstraße in Dresden
beim Szenario HBEfa/HBEfa ab dem Jahr 2000 an. Dies liegt am steigenden Anteil von
Fahrzeugen mit einem höheren Anteil von NO
2
am NO
x
-Abgas (Diesel EURO 4). Das Szenario
HBEfa/Sachsen zeigt bis 2010 wie bei den NO
x
-Emissionen die niedrigsten Werte. Für 2015 und
2020 hingegen nehmen die Werte des Szenarios TÜV/Sachsen deutlich ab und liegen unter denen
des Szenarios HBEfa/Sachsen. Diese Absenkung ist in der Verschiebung von Flottenanteilen von

image
image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
81
1. Zwischenbericht
EURO 4 zu EURO 5 und EURO 6 begründet, da die NO
2
-Anteile am NO
x
-Abgas bei Diesel-
EURO 4-Fahrzeugen am höchsten sind.
Die NO
2
-Emissionen in der Lützner Straße in Leipzig entwickeln sich analog zu denen in der
Bergstraße in Dresden, da der Vorschlag zum NO
2
-Anteil am NOx-Abgas (siehe Kapitel 4.2.3) nicht
verkehrssituationsspezifisch ist.
Abbildung 5-3: Vergleich der NO
2
-Emissionen in g/(m*d) für die Lützner Straße in Leipzig
Abbildung 5-4: Vergleich der NO
2
-Emissionen in g/(m*d) für die Bergstraße in Dresden

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
82
1. Zwischenbericht
Aus diesen Emissionsberechnungen kann abgeleitet werden, dass als Folge der realen NO
x
-
Emissionen von modernen Fahrzeugen und der Problematik der direkten NO
2
-Emissionen der
Anteil des Kfz-Verkehrs an der NO
2
-Belastung aktuell und zukünftig bis 2015 eher höher als bisher
angenommen ist. Der in den drei Luftreinhalteplänen Chemnitz, Dresden und Leipzig
ausgesprochene Verdacht auf NO
2
-Überschreitungen im Jahr 2010 (Kapitel 5.1.1) wird demnach
verstärkt. In den Jahren ab 2015 ist aufgrund der Verschiebung von Flottenanteilen mit niedrigeren
als auf der Basis des aktuellen HBEfa Version 2.1 (INFRAS
(2004)) prognostizierten Werten zu
rechnen.
5.3
Einfluss der Klimaänderung auf die NO
2
-Belastungssituation
Vom LfULG wurden Projektionsdaten der sächsischen Klimastationen für die Dekaden 1991-2000
und 2021-2030 für die Projektion Werex III Szenario A2 zur Verfügung gestellt. Dabei wurden die
Aussagen in Hinblick auf die aus klimatologischer Sicht relativ kurze Projektion folgendermaßen
charakterisiert:
-
Dekadenmittelwerte müssen nicht repräsentativ im Sinne klimatischer
Kenngrößen sein (Klimanormalperiode 30 a)
-
Die ausgewählten Dekaden sind geeignet, mögliche generelle Trends zu
repräsentieren – insbesondere hohe Fluktuationen im Niederschlag können
falsche Entwicklungen vortäuschen.
-
Vergleich der Dekade 1991-2000 Sachsenmitteltemperatur:
Kontrollklima in Werex III 8,5 °C,
DWD Beobachtungsdaten 8,6 °C
Der Temperaturanstieg bis 2021-2030 in WEREX III verläuft mit einer etwas höheren Dynamik (ca.
0,5 K/Dek.) als in den letzten Dekaden (ca. 0,4 K/Dek.) in Sachsen bereits zu beobachten war. Die
Entwicklung ist zwar plausibel, ordnet sich aber immer in einen Korridor möglicher
Temperaturveränderungen (interne Klimavariabilität, Klimasensitivität, Rückkopplungseffekte, THG-
Entwicklung, atmosphärische Zirkulationsverschiebungen, Änderung in Häufigkeit und
Charakteristik der GWL) ein.
Prinzipiell sollte das Klimasignal (Wert 2021-2030 minus Wert 1991-2000) zur Interpretation genutzt
werden, so ist der Absolutwert der SD im Modell auf einem zu geringen Niveau, das Klimasignal ist
jedoch plausibel (siehe
Abbildung 5-5).

image
Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
83
1. Zwischenbericht
Abbildung 5-5: Klimasignal als Mittelwert über die Klimastationen in Sachsen für die vier
Jahreszeiten und im Mittel
Die stärkste Veränderung bezogen auf die Mittelwerte ergibt sich bei der Temperatur mit einer
Erhöhung um 27 % und bei der Sonnenscheindauer mit einem Plus von 7 %. Die Variation der
Windgeschwindigkeit ist sowohl absolut als auch relativ betrachtet gering. Der Niederschlag nimmt
im Frühjahr ab und im Herbst zu. Im Mittel wird eine Zunahme prognostiziert, wobei sich im Mittel
eine sowohl absolut (0.8 mm) als auch relativ (0.4 %) leichte Zunahme ergibt.
Die Variation des über alle Messstationen gemittelten Temperaturjahresmittelwerts beträgt für den
Zeitraum 1995 bis 2007 7.0°C (1996) bis 10.2°C (2007, siehe dazu Abbildung 3-27) also mehr als
3°C. Die Strahlung
schwankt im gleichen Zeitraum um den Mittelwert von 71 % (1996) bis 111 %
(2000; siehe dazu Anlagenband Kapitel B.1).
Generell können folgende Effekte der klimatologischen Situation auf ein NO
2
-Belastungsniveau
angegeben werden:
-
höhere Temperaturen im Winter – niedrigere Emissionen beim Hausbrand,
weniger Kaltstart- bzw. Kühlstartemissionen
-
höhere Temperaturen im Sommer – höherer Energieverbrauch durch verstärkten
Einsatz von Klima- und Belüftungsanlagen
-
höhere Windgeschwindigkeiten - niedrigere lokale Immissionsbelastung auf
Grund höherer Durchmischung in Quellnähe und schnellerem Abtransport
-
höherer Niederschlag - mehr nasse Deposition (bei NO
2
eher vernachlässigbar)
-
mehr Inversionswetterlagen vor allem im Winter führen zu ungünstigeren
Ausbreitungsbedingungen
Je nach Ausprägung der einzelnen Klimaeffekte wird der Nettoeffekt auf die NO
2
-
Immissionsbelastung unterschiedlich sein. Tendenziell kann auf Grund der höheren Temperaturen
im Winter von einer niedrigeren Emissionssituation ausgegangen werden. Die Effekte von
veränderten Ausbreitungsbedingungen lassen sich vorerst nicht eindeutig abschätzen.
Aus Sicht der Autoren ist die modellhaft bestimmte Änderung der für die Emission und Ausbreitung
von Luftschadstoffen relevanten Parameter für einen Zeitraum von 30 Jahren im Vergleich zur

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
84
1. Zwischenbericht
jährlichen Variation für einen Zeitraum von 10 bis 15 Jahren gering. Damit ist die Berücksichtigung
der möglichen Klimaentwicklung auf die Immissionssituation von NO
2
nicht zielführend.
6
Erste Schlussfolgerungen für Maßnahmen zur Minderung der NO
2
-Belastung
In den Luftreinhalteplänen in Sachsen wird in den Verursacheranalysen zu NO
2
der Straßenverkehr
als Hauptverursacher identifiziert. Dementsprechend wird eine Vielzahl von Maßnahmen für den
Straßenverkehr angegeben.
Aus den bisherigen Untersuchungen kann davon ausgegangen werden, dass als Folge der realen
NO
x
-Emissionen von modernen Fahrzeugen und der Problematik der direkten NO
2
-Emissionen der
Anteil des Kfz-Verkehrs an der NO
2
-Belastung aktuell und zukünftig bis 2015 eher höher als bisher
angenommen ist.
Diese beiden genannten Faktoren müssen auch bei der Wirkungsabschätzung von
verkehrsbeschränkenden bzw. verkehrsleitenden Maßnahmen sowie Änderungen der
Fahrzeugflotte (Stichwort Umweltzone) berücksichtigt werden. Im Einzelnen sind folgende Effekte
von Bedeutung:
-
Erneuerung der Kfz-Flotte durch EURO 4-Fahrzeuge mit ungünstiger
Abgasnachbehandlung wirkt kontraproduktiv, da der direkt emittierte NO
2
-Anteil
deutlich ansteigt.
-
Erst die Einführung von Kraftfahrzeugen mit EURO 5 und EURO 6 führt zur
entscheidenden Reduktion von NO
x
- und NO
2
-Emissionen

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
85
1. Zwischenbericht
7
Zusammenfassung
Der 1. Zwischenbericht stellt die Arbeiten im Projekt des Jahres 2008 vor. Dazu wurden alle
Arbeitspakete der Projektbeschreibung gemäß der Leistungsbeschreibung durch das Land
Sachsen und des Angebots durch den Auftragnehmer in ihrem derzeitigem Bearbeitungsstand
beschrieben. Im Folgenden werden ausgewählte Ergebnisse zusammengefasst dargestellt.
Die Clusteranalyse aus Kapitel 3.1 zeigt, dass sich NO-Messungen und das NO
2
/NO
x
-Verhältnis
gut als Indikator für die Einordnung als Verkehrsstation eignen. Daraus ergibt sich, dass die Station
Zwickau eher als Station im urbanen Hintergrund denn als Verkehrsstation einzuordnen ist. Das
Dendrogramm für Ozon lässt sich gut durch die geographische Lage der Stationen erklären. Eine
Erklärung für die Ergebnisse der Clusteranalyse von NO
2
gestaltet sich deutlich schwieriger, wobei
sowohl die Quellzuordnung (z. B. Verkehr) als auch die geographische Lage eine Rolle spielt.
Insgesamt wurde gezeigt, dass die Clusteranalyse recht stabil gegenüber dem Auswertezeitraum
und der Verfügbarkeit einzelner Stationen ist.
Die Trendanalysen auf stündlicher Datenbasis für den Zeitraum 1995 bis 2007 in Kapitel 3.1 führen
zu folgenden
Aussagen. Die Zeitreihen der Belastung von NO
x
, NO
2
und Ozon weisen zum
Großteil deutliche Jahresgänge auf. Bei den Stickoxiden wird im Allgemeinen eine signifikante
Trendabnahme festgestellt, wobei die Station Leipzig-Mitte mit einem klaren NO
2
-Zunahmetrend
einen Sonderfall darstellt. Die Ozonbelastung nimmt im Allgemeinen zu, wobei an fünf Stationen in
den letzten Jahren ein Abwärtstrend festzustellen ist. Sowohl bei den Stickoxiden als auch beim
Ozon ist ein mehr oder minder ausgeprägter Bruch in den Verläufen zwischen 2000 bis 2002
festzustellen.
Das NO
2
/NO’-Verhältnis nimmt an 60% der Verkehrsstationen signifikant zu. Dabei überschätzt der
Romberg-Ansatz dieses Verhältnis bei Stationen mit niedrigem NO
2
-Konzentrationsniveau stärker,
während bei hohem Niveau Messung und Romberg-Ansatz gut übereinstimmen.
Für die Stationen mit im Vergleich zum Gesamtzeitraum kurzer Betriebsdauer können nur
eingeschränkt Trendaussagen gemacht werden.
Der Vergleich der sächsischen NO
2
-Messungen mit bundesdeutschen Messdaten auf der Basis
von Jahresdaten in Kapitel 3.2 zeigt im Allgemeinen eine gute Übereinstimmung.
Die über die EoI-
Klassifizierung gemittelten Jahresmittelwerte von NO
2
und NO
x
für die sächsischen und die
bundesdeutschen Stationen laufen gerade in den letzten Jahren bei den Verkehrsstationen nahezu
deckungsgleich. In beiden Datensätzen sind abnehmende Trends festzustellen, die bei NO
2
in den
Jahren seit 2003 nicht mehr eindeutig sind.
Größere Unterschiede im Niveau treten bei NO
2
an den ländlichen und NO
x
bei den städtischen
Hintergrundstationen auf. Dabei fällt z. B. auf, dass bei den bundesdeutschen NO
x
-Jahresmittel-
werten im ländlichen Hintergrund noch ein großer Anteil als NO vorliegt, was auf eine teilweise
Nähe zu Emissionsquellen schließen lässt.
Der Vergleich zwischen sächsischen und bundesdeutschen Daten beim NO
2
/NO
x
-Verhältnis zeigt,
dass in beiden Fällen der Romberg-Ansatz bei neueren Messungen und höherem Konzentrations-
niveau unterschätzt, wobei dieses Verhalten im sächsischen Datensatz deutlicher ausgeprägt ist.
Die Prüfung der unterschiedlichen Einflussgrößen Meteorologie, Ozonchemie und Verkehr erfolgt in
Kapitel 3.3. Bezogen auf Jahresmittelwerte ist festzustellen,
dass die tendenzielle Abnahme der
NO
2
-Belastung mit einer tendenziellen Zunahme der Ozonbelastung einhergeht.

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
86
1. Zwischenbericht
Als Ergebnis der Korrelations- und Regressionsanalyse für die vier Verkehrsstationen mit
vorliegenden Zeitreihen der Verkehrsbelastung ergibt sich, unter Berücksichtigung von Verkehr und
Photochemie, dass die direkte NO
x
-Zusatzbelastung aus dem Straßenraum die höchste Korrelation
und damit auch den höchsten Erklärungsanteil im Regressionsmodell hat. Der mittlere Erklärungs-
wert des Regressionsmodells erreicht unter Berücksichtigung aller signifikanten Variablen einen
Wert von 74 %. Die analoge Analyse bezüglich der meteorologischen Variablen führt zu einem
mittleren Erklärungswert von 31 %. Dabei hat die Windrichtung und –geschwindigkeit bei den eher
in einer Straßenschlucht gelegenen Verkehrstationen einen höheren Einfluss auf die NO
2
-
Zusatzbelastung als bei den in offenen Straßenräumen gelegenen Verkehrstationen.
Im Kapitel 3.4 wurde der mögliche Bedarf einer Weiterentwicklung des sächsischen Luftmess-
netzes geprüft.
Dazu wurde die Methode der Kreuzvalidierung nach der VDI-Richtlinie „Ermittlung
der Unsicherheit räumlicher Beurteilungen der Luftqualität“ angewendet. Zum Einsatz kam dazu
das FLADIS-Verfahren unter Verwendung von LASAT-Modellrechnungen. Es konnte gezeigt
werden, dass die Kombination von Modell und Interpolation zu einem deutlich besseren Ergebnis
führt als eine reine Interpolation der Messdaten. Es verbleiben jedoch im Dreieck der Stationen
Chemnitz-Mitte, Glauchau und Annaberg-Buchholz verhältnismäßig hohe Konzentrationswerte, die
emissionsseitig nicht erklärt werden. Ein möglicher Grund dafür ist, dass die räumliche
Repräsentativität der städtischen Hintergrundstationen durch das Interpolationsverfahren
überschätzt wird. Die ermittelten Kenngrößen der Kreuzvalidierung liegen insgesamt relativ hoch,
was auf eine verhältnismäßig hohe Relevanz der betrachteten Stationen bezüglich der flächen-
haften Darstellung weist. Als mögliche Ursachen für die Höhe der Kenngrößen werden fehlende
Messdaten im Randbereich oder direkt außerhalb Sachsens (Extrapolation), fehlende Daten zum
großräumigen Hintergrund sowie ungenaue Eingangsdaten in der LASAT-Modellierung (Höhe der
Emissionsquellen) vermutet. Im nächsten Zwischenbericht sollen daher zum einen bei der
Berechnung des Modellhintergrunds die Emissionsdaten der Großfeuerungsanlagen berücksichtigt
werden. Zum anderen soll für die flächenhafte Darstellung der Konzentrationen ein Ansatz
untersucht werden, in dem versucht wird, die räumliche Repräsentativität der städtischen
Hintergrundstationen zu erhöhen. Für eine abschließende Klärung der Konzentrationsverhältnisse
im Dreieck der Stationen Chemnitz-Mitte, Glauchau und Annaberg-Buchholz empfiehlt sich die
Einrichtung eines geeigneten Messstandortes.
In Kapitel
4.2 wurde eine aktualisierte Datenbasis zur NO
x
-Emissionsberechnung des Kfz-Verkehrs
aufgebaut. Im Vergleich zu den bis dato angewendeten Daten aus dem HBEfa Version 2.1 wurden
deutliche Unterschiede aufgezeigt, was zum einen die Emissionsfaktoren von EURO 4–Fahr-
zeugen und neueren Minderungsstufen und zum anderen die Flottenzusammensetzung in Sachsen
anbetrifft. Es wird daher als notwendig erachtet, diese Daten bzw. die im Frühjahr zu erwartende
Aktualisierung des HBEfa, ergänzt um die Beiträge der direkten NO
2
-Emissionen, in die Fort-
schreibung des sächsischen Emissionskataster mit aufzunehmen.
Für die Prognose der NO
2
-Situation bis 2020 wurden in Kapitel 5.2 die geänderte NO
x
-Emissions-
datenbasis und die vorgeschlagenen Anteile an NO
2
-Direktemissionen in ein Emissionsmodell
integriert und auf zwei exemplarische Hotspots angewendet. Im Ergebnis zeigt sich, dass der
Rückgang der NO
x
-Emissionen geringer ausfällt, als bisher angenommen wurde, und dass erst mit
der Einführung der neuen Minderungsstufen EURO 5 und EURO 6 nach 2010 ein Rückgang der
direkten NO
2
-Emissionen zu erwarten ist.

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
87
1. Zwischenbericht
Kapitel 6 gibt erste Schlussfolgerungen für die Bewertung von Maßnahmen zur Minderung der
NO
2
-Belastung im Verkehrssektor an.
Der 1. Zwischenbericht bildet damit eine gute Basis für die sich im Frühjahr 2009 anschließende
Aktualisierung, bei der ausgewählte Fragestellungen vertiefend analysiert und die Datenbasis, wo
notwendig, aktualisiert werden können.

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
88
1. Zwischenbericht
8
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Verteilerhinweis
Diese Informationsschrift wird von der Sächsischen Staatsregierung im Rahmen der
Öffentlichkeitsarbeit herausgegeben. Sie darf weder von Parteien noch von Wahlhelfern zum
Zwecke der Wahlwerbung verwendet werden. Dies gilt für alle Wahlen.
Impressum
Herausgeber:
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
Pillnitzer Platz 3, 01326 Dresden
Internet:
http://www.smul.sachsen.de/lfulg
Autoren:
IVU Umwelt GmbH
Volker Diegmann, Dr. Götz Wiegand,
Dr. Lina Neunhäuserer, Anna Mahlau
Mail: volker.diegmann@ivu-umwelt.de
und
TÜV NORD Mobilität GmbH & CO. KG
IFM - Antrieb / Emissionen
Heinz Steven
Redaktion:
siehe Autoren
Endredaktion:
Abteilung Klima, Luft, Lärm, Strahlen
Referat Luftqualität
Redaktionsschluss:
März 09