Dreidimensionale Analyse des CO₂-Konzentrationsfeldes über einer Flächenquelle

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit berichtet im ersten Teil über ein Programm zur Messung der horizontalen und vertikalen Verteilung des anthropogenen CO₂ über dem Industrieballungsraum Mannheim—Ludwigshafen unter Verwendung eines Flugzeuges als Instrumententräger. Eine vorbereitende Untersuchung befaßt sich mit der Ausbreitungsklimatologie dieses Gebietes. Sie gibt Aufschluß über Zirkulationserscheinungen im Oberrheintal, die auf den Ausbreitungsvorgang wirksam werden können. Eine Auswertungsmethode für die zeitlich nacheinander gewonnen Registrierungen wird geschildert, die es erlaubt, eine geschlossene Darstellung der Konzentrationsfelder zu geben. Es zeigt sich, daß, unabhängig von der Ausbreitungsklasse, die Verteilungen in verschiedenen Höhen über dem Meßgebiet im wesentlichen von zwei Kamingruppen mit großer Quellstärke (Größenordnung 100000 kg CO₂/h) geprägt werden. Aus vertikalen Profilen der horizontalen Windgeschwindigkeit, die zur Zeit der Meßflüge aufgenommen wurden, konnte der Exponentm im Potenzansatz bestimmt werden. Dabei ergaben sich geringfügige Abweichungen von Ergebnissen anderer Autoren. Auf Grund der einfachen Struktur der Konzentrationsfelder wurde ein Diffusionsmodell erstellt, dessen Beschreibung im Kapitel 6 gegeben ist. Es basiert auf den einschränkenden Modellvoraussetzungen und groben Mittelwerten der Emissionen, die über ein selbst erstelltes Kataster erhalten werden konnten. Mittels der gemessen Felder wird das Modell überprüft. Es konnte gute Übereinstimmung zwischen berechneter und gemessener Konzentration erzielt werden. Hauptfehlerquelle für die Unsicherheit des Modells liegt in den ungenauen Angaben des Emissionskatasters.

Summary

In the first section of the following report a procedure for measuring horizontal and vertical distributions of anthropogenic carbon dioxide in the industrial area Mannheim-Ludwigshafen with the aid of an instrumented aircraft is presented. The nature of the wind circulation on this area is investigated with special regard to diffusion using climatological data. A data processing procedure is described in which successive line-measurements of concentration are used to generate a complete description of the CO₂-concentration field. For all stability classes, it is found that horizontal concentration distributions at different heights are mainly dependent on two groups of stacks with high emission rates (order of magnitude: 100 000 kg CO₂/h). From vertical profiles of horizontal wind velocity, values for the exponentm in the power law are calculated. These values differ only slightly from those of other authors. Because of the simple structure of the observed concentration fields a diffusion model was set up, which is described in section 6. The model is based on commonly accepted assumptions and rough average values of emission. The model is tested with measured CO₂-fields. Measured and calculated concentrations agree quite well. The main source of error in the model-generated concentration fields is the inaccuracy of emission data.