Ozonprognose mit TRIP-Daten und Fuzzy-Logik

Ozonprognose mit Unterstützung von TRIP-Daten und Fuzzy-Logik

 

F/E-Vorhaben gefördert durch: Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie, FKZ: Q2-8802.3521/19, Laufzeit: 1994 - 1995

 

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Zusammenfassung

 

Die tägliche Ozonvorhersage in Sachsen wird auf Grundlage der EU-Rahmen- und Tochterrichtlinie zur Luftqualität durchgeführt. 1990 wurde die Überschreitung der Ozonkonzentration im Stundenmittel von 180µg/m³ als der Wert festgelegt, bei dem die Öffentlichkeit informiert werden muß. Die Empfehlungen beinhalten im wesentlichen einen Hinweis für empfindliche oder kranke Personenkreise sowie auf eine freiwillige Reduktion privater Emissionen. Der verbindliche Warnwert, verbunden mit einem Fahrverbot für hoch emittierende Fahrzeuge, wurde im Ozongesetz 1995 auf 240µg/m³ festgesetzt worden.

 

Die Durchführung und Planung von Maßnahmen liegt wesentlich in der Hand der einzelnen Bundesländer, wobei bundesweit übergeordnete Abstimmungen stattfinden.

 

Zur täglichen Information und zur Durchführung der Vorgaben sind in den letzten Jahren in Deutschland verschiedene Verfahren zur Routinevorhersage des Ozons entwickelt worden. Seit 1994 wird am Institut für Meteorologie der Freien Universität Berlin (IfM) ein Modellsystem zur statistisch-logischen Ozonvorhersage für das Land Sachsen angewendet. Dieses Verfahren schließt eine Erweiterung der Ozonvorhersagen des Umweltbundesamtes (UBA) ein und beinhaltet auch die abgesicherte tägliche Routine. Zielgrößen sind das Ozonmaximum des laufenden Tages und der Ozontrend der folgenden zwei Tage.

 

Die Basisdaten bestehen zunächst aus Reihen meteorologischer Standardparameter des Deutschen Wetterdienstes (DWD) und den Immissionsmeßreihen des Sächsischen Landesamtes für Umwelt und Geologie. Die meteorologischen Prognosen werden den Lokalvorhersagen des Routineprogramms des DWD entnommen. Da die Realzeitabwicklung im Vordergrund steht, war bei der Wahl prognostischer und diagnostischer meteorologischer Parameter darauf zu achten, daß diese für einen täglichen vollautomatischen Ablauf verfügbar sind.

 

Zum Einsatz kommt eine Kombination von Regressionsgleichungen und Fuzzy-Modellen. Der Fuzzy-Ansatz wurde hinzugezogen, da gegenüber der Regressionsstatistik zunächst keine Vorgaben in Hinblick auf Stichprobe oder Verteilung nötig sind. Daher ist zu erwarten, daß die Behandlung von Extremwerten in einem Fuzzy-Modell vereinfacht wird. Zukünftig ist geplant, das Lernprinzip der neuronalen Netze in Verbindung mit Fuzzy-Modellierung (Neurofuzzy) einzusetzen.

 

Der Prognosebereich der statistisch-logischen Modelle ist begrenzt durch die Erhaltungsneigung oder Persistenz der beteiligten Variablen. Die Prognoseunsicherheit wächst mit zunehmendem Prognosehorizont an. Die Konstanz der meteorologischen und immissionsseitigen Meßverfahren und der Struktur der Emissionen muß dabei vorausgesetzt werden. Gerade im ostdeutschen Raum hingegen ist mit Sicherheit in allen Emissionen eine Verwerfung nach 1990 zu beobachten, da sich industrielle Struktur und Verkehr deutlich verändern.

 

Prognosen, die über einen Tag hinausgehen, sind mit großen Unsicherheiten behaftet, die jedoch durchaus abschätzbar sind. Daher geben die mehrtägigen Prognosen nur qualitative Ergebnisse, die natürlich stark von der meteorologischen Vorhersagegüte abhängen.