Introduction of a low-emission zone and the effect on air pollutant concentration of particulate matter (PM10) — a pilot study in Munich

  • Peter Morfeld
  • Rainer Stern
  • Peter Builtjes
  • David A. Groneberg
  • Michael Spallek
Article

Abstract

Since the introduction of low emission zones in Germany in 2008 the question of their efficiency has been debated. In this pilot study, measurement data collected before and after the introduction of the low emission zone in Munich (October 2007 until January 2008 vs. October 2008 until Januar 2009) were analysed on the basis of matched quadruples. Applying previously described methods (Morfeld et al. 2011), continuously measured half-hour fine dust concentration data (PM10) — simultaneously determined at an index station situated inside the low emission zone and a reference station outside of the zone — were contrasted and analysed (difference score method in the two-period case). Meteorological parameters (height of the inversion base, amount of precipitation, wind velocity) as well as baseline data of index and reference stations were taken into account as covariates in regression analyses. The statistical approach was successfully validated in an analysis of simulated data.

26438 quadrupels could be matched for analysis. Averages of PM10 concentration values before (after) introducing the low emission zone were 33.9 μg/m3 (39.0 μg/m3) at 5 index stations and 24.6 μg/m3 (30.5 μg/m3) at 2 reference stations. Taking covariates into account, an additive model estimated the change in concentration associated to the introduction of the low emission zone as +0.017 μg/m3 (0.95-CI: −0.33 μg/m3, +0.37 μg/m3), multiplicative model estimated the relative effect as −0.5% (0.95-CI: −0.12%, +0.30%).

The results of this study differ relevantly from the findings of an earlier investigation by Cyrys et al. (2009) who analyzed the same data. This analysis does not prove the effectiveness of Munich’s low emission zone. This study also points out that the methodological approach is crucial for a scientifically reliable evaluation of the efficacy of low emission zones. Strict rules need to be followed in order to prevent from misinterpretations.

Key words

emission zone efficacy PM10 quadruple regression Munich 

Einrichtung einer Umweltzone und ihre Wirksamkeit auf die PM10-Feinstaubkonzentration — eine Pilotanalyse am Beispiel München

Zusammenfassung

Seit Einführung der Umweltzonen in Deutschland im Jahr 2008 stellt sich die Frage nach ihrer Effizienz zur Feinstaubreduktion. In dieser Pilotstudie wurden Messdaten vor und nach Einführung der Umweltzone in München (Oktober 2007 bis Januar 2008 vs. Oktober 2008 bis Januar 2009) mithilfe gematchter Messwerte-Quadrupel analysiert. Basierend auf einer publizierten Methodik (Morfeld et al. 2011) wurden kontinuierliche Halbstundenmessungen von PM10-Staubkonzentrationen zeitgleich ermittelt an innerhalb der Umweltzone gelegenen Indexstationen und außerhalb positionierten Referenzstationen (Hintergrundbelastung). Diese jeweils gematchten Messwertequadrupel wurden vergleichend ausgewertet mit Hilfe der Differenzwertmethode im Zwei-Perioden-Fall. Zusätzlich wurden meteorologische Größen (Mischungsschichthöhe, Niederschlagsmenge, Luftgeschwindigkeit) sowie Basisdaten an Index- und Referenzstationen regressionstechnisch berücksichtigt. Die Auswertemethodik wurde mittels einer Analyse von Simulationsdaten vorab erfolgreich geprüft.

Insgesamt konnten 26438 Quadrupel für den Auswertezeitraum zusammengestellt werden. Als PM10-Mittelwerte ergaben sich an 5 Indexstationen vor bzw. nach Einführung der Umweltzone 33.9 μg/m3 bzw. 39.0 μg/m3 und 24.6 μg/m3 bzw. 30.5 μg/m3 an einer Referenzstation außerhalb der Münchener Umweltzone. Ein additives Modell ermittelte unter Berücksichtigung von Kovariablen eine durchschnittliche PM10-Staubkonzentrationsänderung von +0.017 μg/m3 (0.95-CI: −0.33 μg/m3, +0.37 μg/m3), ein multiplikatives Modell schätzte den relativen Effekt durch die Einführung der Umweltzone auf −0.5 % (0.95-CI: −0.12 %, +0.30 %).

Die mit diesem methodischen Auswerteansatz erzielten Ergebnisse unterscheiden sich relevant von den Befunden einer früheren Analyse auf der Basis derselben Messdaten der Münchner Umweltzone von Cyrys et al. (2009). Aufgrund der hier erzielten Ergebnisse lassen sich die Befunde von Cyrys et al. (2009) nicht als Beweis für eine Effektivität der Umweltzone heranziehen. Vielmehr ist der methodische Ansatz für eine wissenschaftlich belastbare Bewertung der Wirksamkeit von Umweltzonen entscheidend. Eine sorgfältige Datenauswahl und stringente Auswerteregeln müssen beachtet werden, um Fehlschlüsse hinsichtlich der PM10-Konzentrationsänderungen zu vermeiden.

Schlüsselwörter

Umweltzone Wirksamkeit PM10 Feinstaub Quadrupel Regression München 

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© Springer 2013

Authors and Affiliations

  • Peter Morfeld
    • 1
  • Rainer Stern
    • 1
  • Peter Builtjes
    • 2
    • 3
  • David A. Groneberg
    • 4
  • Michael Spallek
    • 5
  1. 1.Institut für Epidemiologie und Risikobewertung in der Arbeitswelt (IERA) der Evonik Industries AGEssenDeutschland
  2. 2.Institut für Meteorologie der Freien Universität Berlin, AG Troposphärische UmweltforschungDeutschland
  3. 3.TNO-Earth, Environment and Life Sciences, UtrechtNiederlandeDeutschland
  4. 4.Institut für Arbeitsmedizin, Sozialmedizin und Umweltmedizin der Johann Wolfgang Goethe-Universität FrankfurtDeutschland
  5. 5.Europäische Forschungsvereinigung für Umwelt und Gesundheit im Transportsektor (EUGT)Deutschland

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