Photosmog modeling using two reaction mechanisms of different complexity

Summary

This paper deals with box model simulations of photochemical smog formation caused by motorcar emissions. Diurnal variations of emission rates are calculated on the basis of assumed traffic cycles. For the description of photochemical transformations, two reaction mechanisms of different complexity are applied. Simulation results achieved with the reaction mechanism of Atkinson, Lloyd and Winges (ALW mechanism) show the influence of air temperature and of CO and SO₂ emissions on the ozone formation. Calculations for various assumed compositions of the emitted hydrocarbons using the ALW mechanism reveal that the diurnal variation of ozone strongly depends on the subdivision of the hydrocarbon emissions. Predictions of the ozone formation using the compact mechanism of Eschenroeder and Martinez (EM mechanism) agree fairly well with corresponding diurnal concentration profiles predicted by the ALW mechanism. Hence, if the ALW mechanism is valid, the EM mechanism may be used to obtain a reasonable impression of the diurnal variation of ozone in an urban airshed. In particular, inclusion of the EM mechanism in complex three-dimensional dispersion models might allow the combined description of dispersion and photochemical transformation of pollutants in urban areas.

Zusammenfassung

Diese Arbeit handelt von Boxmodell-Simulationen der Bildung photochemischen Smogs aus Kraftfahrzeugabgasen. Der Tagesgang der Emissionsraten wird auf der Basis eines angenommenen Tagesganges der Verkehrsstärke berechnet. Photochemische Umwandlungen werden mit zwei Reaktionsmodellen unterschiedlicher Komplexität beschrieben. Simulationsergebnisse mit dem Modell von Atkinson, Lloyd und Winges (ALW-Modell) verdeutlichen den Einfluß der Lufttemperatur und von CO- und SO₂-Emissionen auf die Ozonbildung. Rechnungen mit dem ALW-Modell für verschiedene angenommene Zusammensetzungen der Kohlenwasserstoffemissionen zeigen, daß der Tagesgang der Ozonkonzentration stark von der Unterteilung dieser Emissionen abhängt. Berechnungen der Ozonbildung mit dem kompakten Reaktionsmodell von Eschenroeder und Martinez (EM-Modell) stimmen mit entsprechenden Ergebnissen auf der Basis des ALW-Modells gut überein. Setzt man die Zuverlässigkeit des ALW-Modells voraus, so ist damit nachgewiesen, daß das EM-Modell zur qualitativen Beschreibung der Ozonbildung in Ballungsgebieten eingesetzt werden kann. Durch Einbeziehung des EM-Modells in komplexe dreidimensionale Ausbreitungsmodelle könnte der Transport von Schadstoffen in Verbindung mit deren photochemischen Umwandlungen untersucht werden.