Verfahren zur Validierung von Feinstaubausbreitungssimulationen durch Einbringung fluoreszierender Tracerpartikel

Abstract

Bei der Untersuchung der Ausbreitung von Aerosolen im Außenbereich besteht grundsätzlich die Schwierigkeit, dass es weder möglich ist die Trajektorie einzelner Partikel zu verfolgen, noch einzelne Partikel eindeutig einer Quelle zuzuordnen.<br /> Aus diesem Grund ist eine Validierung von Ausbreitungssimulationen nicht ohne Weiteres realisierbar. Deshalb wurde ein Verfahren entwickelt, dass auf einem speziellen Aerosoltracer und einem geeigneten Nachweisverfahren basiert. Bei dem Tracer handelt es sich um BHA Visolite von General Electrics, ein fluoreszierendes Pulver auf Basis von Calciumcarbonat.<br /> Zum Nachweis des Tracers war zu Beginn der Arbeit kein automatisiertes Messsystem verfügbar. Aus diesem Grund wurde das "Aerosol Particle Measurement System, kurz APMS, entwickelt. Es handelt sich dabei um ein Messsystem zur Untersuchung von an Oberflächen haftenden Partikeln unter besonderer Berücksichtigung der fluoreszierenden Eigenschaften des Tracers Visolite. Das System besteht aus einer Optik, die mechanisch in drei Dimensionen über eine beliebig geformte Oberfläche geführt werden kann, um die auf der Oberfläche anhaftenden Partikel abzubilden und im Messrechner zu analysieren. Um zwischen dem gesammelten Gesamtstaub und den Tracerpartikeln unterscheiden zu können, wird die Oberfläche abwechselnd mit einer weißen Lichtquelle im Durchlichtverfahren und einer ultravioletten Lichtquelle im Auflichtverfahren beleuchtet und untersucht.<br /> Auf diese Weise lassen sich in Feldversuchen die Ergebnisse von Ausbreitungssimulationen mit den experimentellen Daten des APMS vergleichen. Das Validierungsverfahren lässt sich in verschiedene Abschnitte unterteilen. Nach der Dispergierung des Tracers Visolite am Emissionspunkt, werden Konzentrationsmessungen bzw. Depositionsmessungen an verschiedenen Positionen im Ausbreitungsgebiet durchgeführt. Anschließend erfolgt die Auswertung der Messergebnisse sowie deren Vergleich mit den Simulationsergebnissen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden insgesamt zwei Messkampagnen an der der Lehr- und Forschungsstation Dikopshof der Universität Bonn durchgeführt. Anhand der Ergebnisse der ersten Messkampagne erfolgte eine Optimierung des gesamten Validierungsverfahrens, einschließlich des APMS, während die Resultate der zweiten Messkampagne zu einererfolgreichen Validierung der Ausbreitungssimulation STAR3D genutzt werden konnten.