FAQ | Umweltbundesamt

A16) Wie kann ich die grobe Größenordnung der zu erwartenden Konzentration abschätzen?

In einer Ausbreitungsrechnung wird die Konzentration von vielen Faktoren beeinflusst. Neben der Emissionsrate und den vertikal (und gegebenenfalls horizontal) inhomogenen meteorologischen Bedingungen zählen hierzu unter anderem Abgasfahnenüberhöhung, ⁠Deposition⁠, Sedimentation (bei schweren Stäuben) und chemische Umsetzungen (bei Gasen). Zudem hängt die Konzentration von der Quellentfernung und der Höhe über dem Erdboden ab. Auch die Mittelungszeit (Stundenmittel, Jahresmittel) spielt eine Rolle.

Oft ist eine grobe Abschätzung hilfreich, in welcher Größenordnung man die berechneten Konzentrationen zumindest ungefähr erwarten würde (zum Beispiel einige µg/m³ oder einige mg/m³ ?). Hierbei kommt es nicht auf einen Faktor 2 oder 4, sondern eher auf einen Faktor 100 oder 1000 an. Im Folgenden wird eine grobe, dafür sehr einfache Abschätzung gegeben. Sie vernachlässigt Depositions- und Umwandlungsprozesse und gilt für Entfernungen von der Quelle, die wesentlich größer sind als die effektive Quellhöhe:

• Einzelfahne
  Aufgrund der Massenerhaltung muss der Massenfluss durch den Fahnenquerschnitt gleich der Emissionsrate sein: A*c*u = Q (Fahnenquerschnitt A, mittlere Konzentration über den Fahnenquerschnitt c, mittlere Windgeschwindigkeit u, Emissionsrate Q). Damit ergibt sich die mittlere Konzentration zu c = Q/(A*u). Bei indifferenter ⁠Schichtung⁠ liegt die Fahnenaufweitung typischerweise im Bereich 10 Grad, der mittlere Radius ist also r = x*tan(10) mit der Quellentfernung x. Das ergibt A = pi*r*r = 0,1*x*x und in Folge c = 10 * Q/(x*x*u). Für besonders ungünstige Einzelsituationen (zum Beispiel niedrige Quellen und sehr stabile Schichtung) kann der Vorfaktor um eine oder zwei Größenordnungen größer sein. Die Abschätzung lautet also:
  
  c = f * Q/(x*x*u)
  Mittlere Verhältnisse: f = 10
  Ungünstige Verhältnisse: f = 10..1000
  
  
• Jahresmittel
  Legt man einen Zylinder mit Radius r um die Quelle, dann muss der Massenfluss durch den Zylinder gleich der Emissionsrate sein. Für eine isotrope Windrose über das Jahr und gleichmäßige vertikale Durchmischung bis zur Höhe h ist die mittlere Konzentration über diesen Zylinder mit der Fläche A = 2*pi*r*h konstant. Sie ergibt sich aus A*c*u = Q zu c = Q/(2*pi*r*h*u). Im Grenzfall sehr großer Entfernungen ist die Konzentration vertikal homogen über die Mischungsschichthöhe (im Mittel ungefähr 800m) verteilt. Wählt man als Anhaltswert für h die halbe Mischungsschichthöhe, dann ergibt sich als Abschätzung:
  
  c = Q/(2500m*x*u)

Beispiele:

• Beispielrechnung x/h50a11: Die Emissionsrate des Stoffes xx ist 5,56 g/s, für das Jahresmittel in 2 km Entfernung und einer Windgeschwindigkeit von 5 m/s liefert die Abschätzung 5,56g/s/(2500m*2000m*5m/s) = 0,2 µg/m³. Der berechnete Wert (Datei xx-j00z.dmna) liegt je nach Richtung von der Quelle zwischen 0,1 und 3 µg/m³.
• Beispielrechnung x/tower: Die Emissionsrate des Stoffes so2 ist 1000 g/s, für das Jahresmittel in 10 km Entfernung und einer Windgeschwindigkeit von 5 m/s liefert die Abschätzung 1000g/s/(2500m*10000m*5m/s) = 8 µg/m³. Der berechnete Wert (Datei so2-j00z.dmna) liegt je nach Richtung von der Quelle zwischen 0,2 und 2 µg/m³.
• Beispielrechnung x/stoer-1: Die Emissionsrate des Stoffes xx ist 6800 g/s, die Windgeschwindigkeit bei indifferenter Schichtung rund 3 m/s. Für das 3-Minutenmittel (Einzelfahne) in 100 m Entfernung liefert die Abschätzung 10*6800g/s/(100m*100m*3m/s) = 2 g/m³. Der berechnete Wert (Datei xx-002z.dmna) liegt bei 0,06 g/m³. Das ist im unteren Bereich dessen, was man aufgrund der Abschätzung erwarten würde. In diesem Fall ist die Fahne stark aufgeweitet aufgrund der bodennahen Freisetzung in Kombination mit der großen Rauigkeitslänge von 1 m.
• Beispielrechnung x/besmax-1: Die Emissionsrate des Stoffes xx ist 27,8 g/s. Für das höchste Stundenmittel in 1000 m Entfernung (ungünstigste Situation) liefert die Abschätzung mit f=100 und u=3 m/s den Wert 100*27,8g/s/(1000m*1000m*3m/s) = 0,9 mg/m³. Der berechnete Wert (Datei xx-s00z.dmna) liegt bei 0,7 mg/m³.

A15) Warum führt BESMAX die Berechnung nicht durch?

BESMAX führt die Berechnung nur durch, wenn die Original-Fahnenbibliothek vorhanden ist. Prüfen Sie, ob Sie die Fahnenbibliothek vollständig heruntergeladen, entpackt und in den BESTAL-Ordner kopiert haben. Im Unterordner "jar" muss es den Ordner "plumes" geben, er muss 29 Ordner und 1.508 Dateien enthalten und 974.663.522 Bytes groß sein. Die CRC-Prüfsumme des Ordners "plumes" lautet 8D48FD38.

A14) Warum weist AUSTAL ein so hohes Maximum der nassen Deposition in Quellnähe aus?

Als Implementierung des Ausbreitungsmodells der ⁠TA Luft⁠ 2021 berücksichtigt AUSTAL 3 die nasse ⁠Deposition⁠ nach den Verfahren der Richtlinien VDI 3945 Blatt 3 und VDI 3782 Blatt 5. Dabei wird die nasse Deposition durch den Parameter Auswaschrate quantifiziert. Die Auswaschrate hängt von den Stoffeigenschaften und der Niederschlagsintensität ab. Sie ist häufig empirisch ermittelt, also aus Messungen abgeleitet, und beschreibt den Anteil einer gasförmigen oder staubförmigen Substanz, die bei einem Niederschlagsereignis pro Zeiteinheit aus der ⁠Atmosphäre⁠ ausgewaschen und in den Boden eingetragen wird. In der Konvention der Richtlinie VDI 3782 Blatt 5 (Ausgabe April 2006), die AUSTAL bis einschließlich Version 3.1.2 verwendet, wird der Eintrag in den Boden rechnerisch genau unter der Position verbucht, an der die Substanz aus der Atmosphäre ausgewaschen wird. In numerischen Modellen mit horizontalen Maschenweiten von mehreren hundert Metern und mehr hat diese Näherung keinen signifikanten Einfluss auf die vom Modell ausgewiesene räumliche Verteilung der Deposition.

Bei wesentlich kleineren Maschenweiten, wie sie üblicherweise zur besseren Auflösung von Gebäuden am Standort verwendet werden, kann diese Konvention in der Nähe eines hohen Schornsteins jedoch zu Artefakten führen: Dann verbucht das Modell unmittelbar neben dem Schornstein sowie in den angrenzenden Rechengitterzellen ein scharf lokalisiertes hohes Maximum der nassen Deposition. In Wirklichkeit werden die Regentropfen aber durch den Wind verdriftet und die nasse Deposition geht deshalb weiter von der Quelle entfernt und über eine größere Fläche verteilt nieder. Um für hohe Quellen die vom Modell ausgewiesenen Kenngrößen der Depositions-Zusatzbelastung oder der Depositions-Gesamtzusatzbelastung an Beurteilungspunkten ohne weitere Flächenmittelung mit den Immissionswerten für Schadstoffdepositionen vergleichen zu können, muss die Verdriftung der Regentropfen im Ausbreitungsmodell bei der Ausweisung der nassen Deposition berücksichtigt werden. Ein solches Verfahren soll in der Neufassung der Richtlinie VDI 3782 Blatt 5 beschrieben werden und ist, in einer vorläufigen Version, als Option in AUSTAL ab Version 3.2 implementiert (NOSTANDARD-Option WETDRIFT).

A13) Wie ist die Kritik in "Immissionsschutz" 01/2015 zu bewerten?

Die Verwaltungsvorschrift ⁠TA Luft⁠ legt fest, wie die Allgemeinheit bei der Anlagengenehmigung unter dem Bundes-Immissionsschutzgesetz vor schädlichen Luftverunreinigungen zu schützen ist. Teil dieser Regelung ist ein Ausbreitungsmodell auf Grundlage der Richtlinie VDI 3945 Blatt 3, für das vom Umweltbundesamt die Referenzimplementierungen AUSTAL (TA Luft 2021) und AUSTAL2000 (TA Luft 2002) entwickelt wurden. Unter dem Titel „AUSTAL 2000 ist nicht validiert“ werden in "Immissionsschutz" 01/2015 von R. Schenk mehrere Beispiele angeführt, um AUSTAL2000 und die Richtlinie VDI 3945 Blatt 3 zu falsifizieren.

Wie eine genauere Analyse zeigt, sind die aufgeführten Ergebnisse von AUSTAL2000 richtig, während die vom Autor herausgestellten Widersprüche auf grundlegenden Fehlern in seiner Beweisführung beruhen. Eine detaillierte Ausführung ist in der Ausgabe "Immissionsschutz" 03/2015 erschienen (Alfred Trukenmüller, Wolfgang Bächlin, Wolfram Bahmann, André Förster, Uwe Hartmann, Heike Hebbinghaus, Ulf Janicke, Wolfgang J. Müller, Jost Nielinger, Ralf Petrich, Nicole Schmonsees, Uwe Strotkötter, Thomas Wohlfahrt, Sabine Wurzler: Erwiderung der Kritik von Schenk an AUSTAL2000 in Immissionsschutz 01/2015 - AUSTAL2000 ist verifiziert und validiert).

A12) Was ist bei der räumlichen Mittelung von Geruchsstundenhäufigkeiten zu beachten?

Das Vorliegen einer Geruchsstunde wird programmintern durch den Vergleich des in einer Gitterzelle bestimmten Stundenmittels der Konzentration mit der Beurteilungsschwelle festgestellt. Dafür muss die Konzentration räumlich hinreichend aufgelöst sein. Für Stundenmittel ist im allgemeinen eine höhere räumliche Auflösung als für Langzeitmittel erforderlich. Dieser Punkt kann insbesondere im Nahbereich von bodennahen Punktquellen von Bedeutung sein. Als Faustregel sollten in diesem Fall zwischen Quelle und Aufpunkt mindestens 5 Gitterzellen liegen. Ist die Gittermasche zu groß, wird die Konzentration nicht ausreichend aufgelöst und die daraus abgeleitete Geruchsstundenhäufigkeit wird unter Umständen je nach Emissionsrate unter- oder überschätzt.

Auf Grundlage der räumlich hinreichend aufgelösten Ergebnisse einer Ausbreitungsrechnung können im Nachhinein größerflächige Mittel bestimmt werden. Hierfür kann beispielsweise das kleine Hilfprogramm A2KArea.jar eingesetzt werden. Diese Besonderheit der räumlichen Mittelung von Geruchsstundenhäufigkeiten liegt in der nichtlinearen Beziehung zwischen Geruchsstunde und Konzentration begründet (ja/nein-Entscheidung: Konzentration über oder unter der Beurteilungsschwelle). Für die räumliche Mittelung einer Konzentration können direkt die auf einem gröberen Netz ausgewiesenen Konzentrationswerte herangezogen werden.

A11) Was muß bei der Angabe der Koordinaten zum Rechengitter beachtet werden?

1. Alle Koordinatenangaben erfolgen in Meter.
2. Alle Koordinatenangaben bis auf den Referenzpunkt müssen betragsmäßig kleiner als 200000 sein. Der Referenzpunkt muss entsprechend gewählt werden.
3. Um interne Rundungsprobleme zu vermeiden, sollte die Angaben zum Rechengitter (linker Rand, unterer Rand, Maschenweite), zum Referenzpunkt und zur Anemometerposition in ganzzahligen Meterwerten erfolgen.

A10) Wie werden staubförmige Komponenten vorgegeben und ausgewertet?

Für die Stoffe

• pm (Staub allgemein)
• as (Arsen)
• pb (Blei)
• cd (Cadmium)
• ni (Nickel)
• hg (Quecksilber)
• tl (Thallium)
• xx (Unbekannt)

können die im Anhang 2 der ⁠TA Luft⁠ definierten Korngrößenklassen 1 bis 4 und die Klasse "unbekannt" durch Anhängen von "-1", "-2", "-3", "-4" und "-u" hinter den Stoffnamen (ohne Hochkomma) verwendet werden. Die beiden Komponenten "1" und "2" repräsentieren die Bestandteile des Schwebstaubes (PM-10). Die Komponenten "3", "4" und "u" werden intern in der Ausbreitungsrechnung getrennt von den  Komponenten "1" und "2" gerechnet, da sie unterschiedliche Sedimentationsgeschwindigkeiten besitzen.

Die Konzentrationsdateien (z.B. pb-j00z.dmna) enthalten automatisch die Konzentrationssummen der Komponenten "1" und "2", da sich die Immissionswerte der Konzentration nach TA Luft auf Schwebstaub PM-10 beziehen (für die Stoffe hg und xx wird auch die gasförmige Komponente in die Konzentrationssumme einbezogen). In den Depositionsdateien (z.B. pm-depz.dmna) ist der Beitrag aller Komponenten aufsummiert.

Ist man an der luftseitigen Konzentration einer der Komponenten "3", "4" oder "u" interessiert, kann die Ausbreitungsrechnung mit dem gasförmigen Ersatzstoff "xx" und expliziter Setzung von Sedimentations- und Depositionsgeschwindigkeit über NOSTANDARD-Einstellungen durchgeführt werden. Beispiel für die Ausweisung der luftseitigen Konzentration der Korngrößenklasse 3:

    os "NOSTANDARD;Vs=0.04;Vd=0.05"
    xx  100

Man beachte, dass die mit der NOSTANDARD-Einstellung vorgegebene Sedimentations- und Depositionsgeschwindigkeit für sämtliche in der Ausbreitungsrechnung verwendeten Stoffe benutzt wird.

A09) Wie kann ich die Geschwindigkeit einer Ausbreitungsrechnung optimieren?

1. Die Qualitätsstufe qs sollte geeignet gewählt werden. Je größer die Qualitätsstufe, desto mehr Simulationspartikel werden verwendet und desto länger dauert die Rechnung. Die Qualitätsstufe muss groß genug sein, um die zu berechnenden Kenngrößen mit hinreichender Genauigkeit, d.h. mit hinreichend kleiner statistischer ⁠Unsicherheit⁠ bestimmen zu können. Die Bestimmung von Kurzzeitwerten erfordert eine höhere Qualitätsstufe als die Bestimmung von Jahresmitteln. Bei niedriger Qualitätsstufe werden die maximalen, unabhängig vom Ort bestimmten Kurzzeitwerte überschätzt, in den anderen Fällen kann die statistische Unsicherheit unter Umständen durch einen Sicherheitsaufschlag berücksichtigt werden (siehe Anhang 2 ⁠TA Luft⁠ und Abschlussbericht zu AUSTAL2000, Kapitel 13).
2. Die horizontale Maschenweite und Anzahl der Maschen sollte dem Problem angemessen gewählt werden. Je größer die Anzahl der Maschen, desto länger dauert eine Rechnung. Oft bietet hier eine Netzschachtelung einen Vorteil. Bei Rechnungen in ebenem Gelände und einer großen Quellüberhöhung ist es unter Umständen auch angemessen, eine größere Maschenweite zu wählen als die, die standardmäßig vom Programm vorgeschlagen wird und sich an der Schornsteinbauhöhe orientiert.
3. Rechnungen für komplexes Gelände (Geländeprofil und/oder Gebäude) sind erheblich aufwendiger und rechenintensiver als solche für ebenes Gelände. Sie sollten nur durchgeführt werden, wenn dies auch wirklich erforderlich ist.
4. Programm und Projektdateien sollten sich bei aufwendigen Rechnungen (insbesondere bei Verwendung von Windfeldbibliotheken) auf demselben Rechner befinden, da der Datentransfer über das Intranet die Rechnung deutlich verzögern kann.
5. Es sollte genügen freier Arbeitsspeicher (RAM) zur Verfügung stehen, da die Daten sonst vom System auf der Festplatte ausgelagert werden. Empfohlen werden 500 MB Arbeitsspeicher, bei aufwendigen Rechnungen in komplexem Gelände kann auch 1 GB erforderlich sein.
6. Es sollten die mit dem Microsoft- bzw. Intel-Compiler erstellten Programmversionen und eine möglichst aktuelle Rechnertechnologie (Prozessor, Taktfrequenz, Motherboard) verwendet werden.
7. Das Programm ist nicht nebenläufig, daher ist für die Rechengeschwindigkeit die Leistung eines einzelnen Prozessorkerns und nicht die Anzahl der Prozessoren maßgeblich.
8. Auf dem Rechner sollten nicht zur gleichen Zeit andere rechenintensive Programme ablaufen.

A08) Warum führt das Programm eine Rechnung für komplexes Gelände nicht durch?

Möglichkeiten:

• Weil das Windfeldprogramm taldia.exe nicht im gleichen Ordner wie das Ausbreitungsprogramm steht.

• Wenn in der Eingabedatei (austal.txt) über die Parameter gx und gy Gauß-Krüger-Koordinaten festgelegt wurden, müssen auch in der Oberflächendatei (zg00.dmna oder die mit dem Parameter gh angegebene Datei) Gauß-Krüger-Koordinaten verwendet werden: bei Verwendung einer Oberflächendatei im Arcinfo- und DMN-Format geschieht dies im Dateikopf, bei Vorgabe des Geländeprofils über XYZ-Tripel müssen X und Y Gauß-Krüger-Koordinaten sein. Wird das Geländeprofil nicht in Gauß-Krüger-Koordinaten vorgegeben, dürfen in der Eingabedatei austal.txt auch die Parameter gx und gy nicht gesetzt werden; in diesem Fall muss die Rauigkeitslänge (Parameter z0) explizit vorgegeben werden.

• Weil das Geländeprofil nicht das gesamte Rechengebiet abdeckt. Das Rechengebiet wird anhand der Bauhöhen der Quellen automatisch festgelegt, es kann aber auch explizit vorgegeben werden (Parameter x0, y0, dd, nx, ny).

A07) Warum stehen in der Log-Datei austal.log Ergebnisse alter Rechnungen?

Standardmäßig löscht das Programm eine bestehende Log-Datei nicht, sondern hängt die neuen Einträge am Ende an. Dies ist sinnvoll, um z.B. auch nachträglich Auswertungen vornehmen zu können, ohne dass die schon in der Log-Datei vorhandenen Informationen zur Rechnung gelöscht werden. Wenn das Programm mit der Option -D als erstes Argument aufgerufen wird, werden die alten Einträge gelöscht.

A06) Erfolgt die Berechnung von nasser Deposition?

Nasse ⁠Deposition⁠ wird in AUSTAL gemäß Anhang 2 der ⁠TA Luft⁠ (2021) berücksichtigt. In der Umsetzung der alten TA Luft (2002), Programm AUSTAL2000, wird nasse Deposition nicht berücksichtigt.

A05) Wie ist das Gauß-Krüger-System festgelegt?

Das Gauß-Krüger-System stellt die transversale, winkeltreue ⁠Projektion⁠ mit längentreuer Abbildung des Hauptmeridians bei 3 Grad breiten Streifen unter Verwendung von Bessel-Ellipsoid und Potsdam-Datum dar. Hauptmeridiane sind 3, 6, 9, ... Grad östlicher Länge.

A04) Wie bekomme ich eine Übersicht über die Programm-Eingabeparameter?

Die Eingabeparameter sind in der Dokumentation beschrieben.

A03) Wie kann ich die Eingabedatei austal.txt editieren?

Mit jedem beliebigen Text-Editor. Achten Sie darauf, dass die Datei als Textdatei und nicht als RTF-Datei, Word-Dokument oder ähnliches abgespeichert wird. Unter Windows z.B. finden Sie einen einfachen Editor über die Menü-Folge Start/Programme/Zubehör/Editor.

A02) Wie kann ich mir die Ausgabedatei austal.log anschauen?

Mit jedem beliebigen Text-Editor. Unter Windows z.B. finden Sie einen einfachen Editor über die Menü-Folge Start/Programme/Zubehör/Editor.

A01) Wie kann ich mir eine der Ausgabedateien mit der Endung ".dmna" anschauen?

Mit jedem beliebigen Text-Editor. Unter Windows z.B. finden Sie einen einfachen Editor über die Menü-Folge Start/Programme/Zubehör/Editor. Die Datei kann auch mit Excel geöffnet werden, die Daten im Datenteil (Zeilen nach dem *) sind durch Tabulatoren voneinander getrennt. Das genaue Dateiformat ist in der Dokumentation zum Programm ausführlich beschrieben.

S19) Was ist bei einer Modifikation der Einstellungsdatei zu beachten?

Die Einstellungsdatei (austal.settings) sollte nicht verändert werden. Änderungen müssen in jedem Fall sehr sorgfältig überlegt und auf ihre Effekte hin überprüft werden.

Bewertete Geruchsstoffkomponenten (zum Beispiel ODOR_065) müssen unmittelbar nach der unbewerteten Komponente (ODOR) und in aufsteigender Reihenfolge des Bewertungsfaktors (ODOR_065: Bewertungsfaktor 0.65) angegeben werden.

S18) Wie sollten Kalmen in einer AKTerm festgelegt sein?

Nach der ⁠DWD⁠-Spezifikation einer AKTerm sind Kalmen (Stunden mit Windstille) durch die Windrichtung 0 zu kennzeichnen (Wind aus Nord wird durch 360 Grad festgelegt). Gleichzeitig sollte auch die Windgeschwindigkeit auf 0 gesetzt sein: Zum einen aus naheliegender Plausibilität, zum anderen, damit die Vorschrift zur Festlegung der Richtungsverteilung gemäß Anhang 2 der ⁠TA Luft⁠ konsistent umgesetzt werden kann. Eine Windrichtung 0 sollte also immer mit Windgeschwindigkeit 0 und eine Windgeschwindigkeit 0 mit Windrichtung 0 einhergehen. Das ist auch die Konvention des DWD. Das Programm identifiziert Windstille anhand einer Windgeschwindigkeit gleich 0.

S17) Worauf muss bei der Verwendung extern erzeugter Windfelder geachtet werden?

• Die Windfelder müssen auf dem Arakawa-C-Netz definiert sein.
• Vor der Ausbreitungsrechnung wird intern die Restdivergenz in jeder Gitterzelle durch einfache Anpassung der z-Komponente beseitigt. Die bereitgestellten Windfelder sollten daher möglichst divergenzfrei sein, damit sich diese Anpassung auf ein Minimum beschränkt.
• Gebäude: Gebäude werden auf dem Gitter aufgelöst. Eine Zelle wird als Gebäudezelle angesehen, wenn die Vertikalkomponente Vs des Windvektors auf dem Zellenboden einen Wert kleiner gleich -99 m/s hat. Unterhalb einer Gebäudezelle darf sich keine freie Zelle befinden (dies führt entweder zu einer Fehlermeldung oder zu fehlerhaften Konzentrationswerten).
• Geländeprofil in Kombination mit Netzschachtelung: Das Programm passt die in den Dateien srfa0li.dmna definierten z-Werte für die äußersten zwei Randstreifen der inneren Netze anhand der Daten des nächst gröberen Netzes so an, dass ein möglichst glatter Übergang zwischen den Netzen gewährleistet ist. Die so "getunten" z-Werte werden in die erzeugten Windfelddateien ausgeschrieben. Diese Werte müssen auch für die externen Windfelder verwendet werden. Das Programm prüft die Übereinstimmung von z-Werten in der Windfelddatei mit den intern erzeugten Werten und bricht bei Abweichungen mit einer entsprechenden Fehlermeldung ab.

S16) Warum ist eine Qualitätsstufe 2 in manchen Situationen nicht ausreichend, um die Geruchsstundenhäufigkeit zuverlässig zu bestimmen?

Um systematische Effekte bei der Berechnung der Geruchsstundenhäufigkeit auszuschließen (siehe Erläuterungen im Anhang des Handbuchs), muss mit einer genügend großen Zahl von Simulationspartikeln gerechnet werden. In der Regel (eine oder mehrere, dicht beieinander liegende, meist bodennahe Quellen) ist dafür bei Zeitreihenrechnungen eine Qualitätsstufe 2 ausreichend. Wenn die Quellen jedoch sehr weit voneinander entfernt sind oder eine emissionsseitig dominierende Quelle aufgrund ihrer Bauhöhe und/oder Überhöhung kaum zur Gesamtimmission beiträgt (aber trotzdem die meisten Partikel, die entsprechend der Quellstärke aufgeteilt werden, auf sich zieht), kann eine deutlich höhere Rate erforderlich sein. Wenn der systematische Effekt unterbunden wird, ist die ausgewiesene (absolute) statistische ⁠Unsicherheit⁠ auch bei Geruchsstunden eine vertrauenswürdige Schätzung. Im Standardmodus kann eine Qualitätsstufe (Parameter qs, Standardwert 0) von maximal 4 angegeben werden. Eine Stufe größer als 4 kann im NOSTANDARD-Modus gesetzt werden (Parameter os muss das Kennwort NOSTANDARD enthalten).

S15) Wie kommen die von der Rauigkeitslänge abhängigen Anemometerhöhen in den AKTerm-Dateien des DWD zustande?

Zur Übertragung der meteorologischen Messdaten (insbesondere der Windgeschwindigkeit), die an einem Standort mit einer bestimmten Rauigkeitslänge gemessen wurden, auf einen anderen Standort mit einer anderen Rauigkeitslänge gibt der ⁠DWD⁠ (Deutscher Wetterdienst) im Kopf seiner AKTerm-Dateien die Anemometerhöhe über Grund als Funktion der Rauigkeitslängenklasse an. Wenn die Anemometerhöhe nicht explizit vorgegeben wird, liest das Programm den zur verwendeten Rauigkeitsklasse gehörigen Wert automatisch aus der AKTerm-Datei aus und benutzt ihn (siehe Hinweis in der Protokolldatei). Das Verfahren zur Herleitung der Anemometerhöhen ist in der Richtlinie VDI 3783 Blatt 8 beschrieben.

S14) Welche Aspekte sind bei geschachtelten Netzen zu beachten?

• Ein feines Netz muss vollständig im nächst gröberen Netz enthalten sein.
• Die Maschenweite nimmt zum nächst gröberen Netz um den Faktor 2 zu.
• Alle Netze verwenden das gleiche Vertikalraster (Parameter hh). Die Vertikalausdehnung ist bei Rechnungen ohne Gebäude für alle Netze gleich der Ausdehnung des Vertikalrasters. Bei Rechnungen mit Gebäuden wird die Ausdehnung durch den Parameter nz (Anzahl der Maschen in z-Richtung) festgelegt; standardmäßig wird er so gesetzt, dass das feinste Netz bis zur doppelten Höhe des höchsten Gebäudes reicht, alle anderen Netze haben die Ausdehnung des Vertikalrasters.
• Partikel, die ein feines Netz verlassen (entweder an den Seitenrändern oder bei Rechnung mit Gebäuden an der Oberkante), werden in das nächst gröbere Netz übernommen (die umgekehrte Übernahme von einem gröberen Netz in ein feineres Netz gibt es nicht). Partikel, die das gröbste Netz verlassen, werden verworfen.
• Bei der Bestimmung der Konzentration werden die Teilwerte der einzelnen Netze automatisch vom Programm aufaddiert.Die ausgewiesene Konzentrationsverteilung für ein Netz ist also die für diesen Raumbereich berechnete Gesamtkonzentration.
• Bei Rechnungen mit Gebäuden werden diese für die Berechnung des Windfelds nur im feinsten Netz berücksichtigt. Der Abstand der seitlichen Netzränder zu den Gebäuden sollte daher mindestens 5 Gebäudehöhen betragen. Die Zusatzturbulenz wird in der Regel auch noch für das zweitfeinste Netz berechnet. Hier sollte der Abstand der seitlichen Netzränder zu den Gebäuden mindestens 10 Gebäudehöhen betragen.

S13) Warum gibt es bei meiner Rechnung mit Gebäuden von 0 verschiedene Konzentrationswerte innerhalb der Gebäudezellen?

Bei Verwendung einer Netzschachtelung werden die Gebäudezellen nur im feinsten Netz berücksichtigt. Partikel, die nicht im feinsten Netz freigesetzt werden oder solche, die das feinste Netz verlassen und später (z.B. durch Drehung der Windrichtung) im gröberen Netz wieder in den Raumbereich des feinsten Netzes eintreten, "sehen" die Gebäudezellen nicht und können somit hier einen Konzentrationsbeitrag liefern (der im zweiten Fall meist sehr klein ist).

S12) Wird bei der Vorgabe externer Felder die potentielle Temperatur ausgewertet?

Die Angaben zur potentiellen Temperatur in den Feldern v????a00.dmna werden nur ausgewertet (zur Berechnung der Wichtungsfaktoren Av), wenn das Windfeld nicht explizit vorgegeben wird.

S11) Warum bricht das Programm bei komplexem Gelände mit der Meldung "improper wind field (Vs > 25.0)!" ab?

Vermutlich wurde für die Anemometerposition ein Ort gewählt, an dem keine freie Anströmung gewährleistet ist, so dass die mit dieser Angabe erzeugten Windfelder unrealistische Vertikalkomponenten besitzen (siehe Handbuch, Abschnitt 2). Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines Geländeprofils mit zu starken Steigungen (nach ⁠TA Luft⁠ sollte die Steilheit nicht größer als 1/5 sein), bei dem dann in größeren Höhen des geländefolgenden Koordinatensystems eine zu hohe Komponente Vs senkrecht zum Boden einer Gitterzelle ausgewiesen wird.

S10) Warum kann das Maximum von trockener Deposition und Konzentration an unterschiedlichen Orten auftreten?

Die trockene ⁠Deposition⁠ wird aus der Konzentration unmittelbar über dem Erdboden berechnet, die ausgewiesene bodennahe Konzentration ist dagegen ein Mittelwert über den Vertikalbereich von 0m bis 3m über dem Erdboden. Im Prinzip ist es daher möglich, dass für Konzentration und Deposition aufgrund der unterschiedlichen Stichprobenfehler geringfügig unterschiedliche Orte ausgewiesen werden.

Speziell für ⁠Aerosole⁠ aus nicht-bodennahen Quellen: Bei labiler ⁠Schichtung⁠ (starke vertikale Aufweitung der Spurenstoffwolke) entsteht ein relativ hohes bodennahes Konzentrationsmaximum im quellnahen Bereich. Bei stabiler Schichtung gelangt die Fahne praktisch nicht zum Erdboden, außer bei sedimentierenden Aerosolen, wo das Absinken der Fahnenachse auf ein Konzentrationsmaximum weiter entfernt von der Quelle führt. Da sedimentierende Aerosole eine große Depositionsgeschwindigkeit besitzen, ist hier auch die Deposition relativ hoch. Bei geeigneter Gewichtung der Korngrößenklassen und einzelner meteorologischer Situationen kann es somit vorkommen, dass das Maximum der Konzentration im quellnahen Bereich, das der Deposition dagegen weiter entfernt hiervon liegt.

S09) Wie kann ich gleichzeitig Überhöhungen nach VDI 3782/3 und VDI 3945/3 behandeln?

In einer AUSTAL-Rechnungen mit mehreren Quellen soll die Quellüberhöhung einiger Quellen nach VDI 3782 Blatt 3 (PLURIS) und einiger nach VDI 3945 Blatt 3 (explizite Vorgabe von Austrittsgeschwindigkeit und Abklingzeit) modelliert werden. Dies wird erreicht, indem für alle Quellen die Parameter tq (Temperatur in C), ts (Zeitskala in s) und vq (Ausströmgeschwindigkeit in m/s) angegeben werden. Für die Modellierung nach VDI 3782 Blatt 3 muss ts auf einen negativen Wert (z.B. -1), für die Modellierung nach VDI 3945 Blatt 3 auf einen Wert größer gleich 0 (tq und der Durchmesser dq werden in diesem Fall ignoriert) gesetzt werden.

S08) Die berechnete Immissionskonzentration kann höher sein als die Emissionskonzentration. Woher kommt das?

Diese Frage wird ausführlicher in dem Projektbericht zu AUSTAL2000 behandelt.

S07) Warum ändern sich Konzentrationswerte teilweise stark, wenn ich die Maschenweite verändere?

Die berechneten Konzentrationswerte sind Volumenmittel über eine Gitterzelle. Daher führt eine zu große horizontale Maschenweite der Gitterzellen zu einer Verschmierung der Konzentrationsverteilung, insbesondere bei den Konzentrationsmaxima. Nach dem Anhang 2 der ⁠TA Luft⁠ ist die Maschenweite so zu wählen, dass die Konzentrationsmaxima hinreichend aufgelöst werden. Das ist in der Regel der Fall, wenn die Maschenweite nicht größer ist als die Bauhöhe der Quelle.

S06) Warum ergeben sich in meiner Rechnung relativ hohe NO2-Konzentrationen?

Haben Sie die Emissionsraten richtig definiert? Das Programm berechnet die Stoffe NO und NO₂ getrennt unter Berücksichtigung der chemischen Umsetzung von NO zu NO₂. Es müssen getrennt die Emissionsraten für NO und für NO₂ vorgegeben werden. Das emittierte NO wird erst mit der Zeit in NO₂ umgesetzt.

S05) Warum hängt die Verteilung der maximalen Stundenmittel praktisch nicht von der verwendeten AKS ab?

Bei einer AKS-Rechnung werden eine Reihe von meteorologischen Situationen durchgerechnet und mit entsprechenden Häufigkeitsgewichten zu einem Jahresmittel addiert, wobei die einzelnen Situationen als Stundenmittel interpretiert werden. Da die ermittelten maximalen Stundenmittel nicht von der Häufigkeit ihres Auftretens abhängen und in der Regel alle Windrichtungen und Ausbreitungsklassen mit einer von null verschiedenen Häufigkeit auftreten, ist die Verteilung der maximalen Stundenmittel isotrop und praktisch nur von der Quellkonfiguration abhängig. Das gleiche Argument trifft ansatzweise auch auf mehrjährige meteorologische Zeitreihen zu. Erst bei der Mittelung über verschiedene meteorologische Situationen wie sie bei der Bestimmung von Jahresmitteln, Tagesmitteln oder der Stundenmittel mit 18 Überschreitungen auftritt, gewinnt die Häufigkeitsverteilung der meteorologischen Situationen an Bedeutung.

S04) In meiner AKS-Rechnung ergeben sich vereinzelte, sehr hohe maximale Stundenmittel, warum?

Maximale Stundenmittel (S00) besitzen aufgrund des kurzen Mittelungszeitraums eine größere statistische ⁠Unsicherheit⁠ als Tages- oder Jahresmittel. Vor allem bei Rechnungen mit einer AKS, für die intern die Anzahl der emittierten Teilchen immer proportional zur Häufigkeit der meteorologischen Situation gewählt wird, kann es vorkommen, dass die statistische Unsicherheit der S00-Werte sehr groß ist und dass in der Verteilung einzelne Felder ungewöhnlich hohe Werte aufweisen. Bei einer genaueren Rechnung verschwinden diese Ausreisser, da die statistischen Schwankungen zu einer Überschätzung der Maxima einer räumlichen Verteilung führen.
Diesem Umstand wird Rechnung getragen, indem bei einer AKS-Rechnung eine erhöhte minimale Teilchenzahl pro meteorologische Situation benutzt wird. Die Rechendauer wird hierdurch etwas verlängert, die statistische Unsicherheit der Kurzzeitwerte jedoch reduziert. Im Anhang des Handbuches finden Sie eine ausführliche Diskussion zu der statistischen Unsicherheit von Kurzzeitwerten.

S03) Warum kann das Depositionsmaximum von Pb und Cd bei gleicher Quellstärke und gleichen Korngrößenklassen an unterschiedlichen Orten erscheinen?

Da in diesem Fall beide Stoffe bei der Ausbreitungsrechnung in identischer Art und Weise behandelt werden, würde man im Ergebnis auch das Immissionsmaximum an der gleichen Stelle erwarten. Entsprechend der ⁠TA Luft⁠ werden die Immissionskenngrößen aber in gerundeter Form angegeben, die ⁠Deposition⁠ von Pb auf 0.1 µg/(m²d), die von Cd auf 0.001 µg/(m²d) genau. Für eine Situation, in der zwei Raumbereiche näherungsweise gleich große Immissionsmaxima aufweisen, können diese Rundungseffekte dazu führen, dass das Maximum für Pb in dem einen, das Maximum von Cd in dem anderen Raumbereich ausgewiesen wird.

S02) Warum nimmt die statistische Unsicherheit zu, wenn ich die Quellhöhe vergrößere?

Wird die Quellhöhe vergrößert, so erreichen weniger Simulationsteilchen den Boden, die statistische ⁠Unsicherheit⁠ bei der Bestimmung der bodennahen Konzentration nimmt also zu. In der Regel wird aber bei größerer Bauhöhe auch eine größere horizontale Maschenweite gewählt, wodurch aufgrund des größeren räumlichen Mittelungsintervalls die statistische Unsicherheit wieder abnimmt.

S01) Warum nimmt die Rechenzeit zu, wenn ich mehrere Staub-Größenklassen verwende?

Der Qualitätsparameter qs legt fest, wieviele Simulationsteilchen in der Ausbreitungsrechnung pro Stoffklasse emittiert werden. Die Stoffklassen unterscheiden sich durch den Wert ihrer Sedimentationsgeschwindigkeit. Die Aufteilung in Stoffklassen ist notwendig, da ein Simulationspartikel nicht gleichzeitig mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten absinken kann. Gase und die Korngrößenklassen 1 und 2 besitzen die Sedimentationsgeschwindigkeit 0, sie bilden also eine Stoffklasse, drei weitere Stoffklassen werden von den Korngrößenklassen 3, 4 und unbekannt gebildet. Je mehr Stoffklassen in den zu rechnenden Stoffen vertreten sind, desto mehr Simulationspartikel müssen emittiert werden, desto länger wird also die Rechenzeit. Die Anzahl der Stoffe innerhalb einer Stoffklasse hat dagegen keinen Einfluss auf die Rechenzeit, da ein Simulationspartikel alle Stoffe seiner Stoffklasse mit sich trägt.