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Open Access The influence of emission changes on ozone concentrations and nitrogen deposition into the southern North Sea

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Abstract:

The impact of changes in amount of emission for NO (Nitrogen monoxide NO + Nitrogen dioxide NO) and NMVOC (Non Methane Volatile Organic Compounds) on concentrations of ozone (O), NO, nitric acid (HNO) and on nitrogen deposition in the area of the southern North Sea are investigated. One reference case for the period 16 June till 20 June, 1998 and six emission scenarios are calculated. Spatial and temporal emission patterns are kept and overall emission factors are used that correspond to years 1998 (reference), 1970 and 2010. Some more artificial emission scenarios are constructed to investigate the effect of a changed ratio of NO to NMVOC emissions. The meteorology is unchanged for all scenarios. The studies are performed with the meteorology/chemistry model M-SYS (METRAS/MECTM) including a simple aerosol chemistry and using a horizontal resolution of 8 km. Changes in emissions of NMVOC and NO cause nonlinear changes in O, NO and HNO concentrations. The concentration changes depend on emission changes and on changes in the ratio of NMVOC to NO emissions. The whole area, over land and water, turns out to be in the NMVOC limited regime. Ozone scenario concentrations linearly depend on the ratio of NMVOC to NO emissions. NO concentrations linearly depend on changes in the total emissions of NO and NMVOC. They are inversely related to changes in the ratio of NMVOC to NO emissions. HNO concentrations mainly depend on the total emission changes with NO emission changes being of doubled relevance compared to NMVOC emission changes. The same relation is found for nitrogen deposition. Compared to mean ozone concentrations from the reference case, higher (lower) NO emissions reduce (increase) ozone concentrations, while HNO concentrations are increased (reduced). In contrast, reduced (increased) NMVOC emissions reduce (increase) both, ozone and HNO concentrations and, in addition, the nitrogen deposition.

German
Der Einfluss von Emissionsänderungen von NOx (Stickstoffmonoxid & Stickstoffdioxid) und NMVOC (flüchtige organische Verbindungen ohne Methan) auf Ozonkonzentrationen (O3), NOx und Salpetersäure (HNO3) sowie Stickstoffdepositionen in der südlichen Nordsee wird untersucht. Für diese Untersuchung werden ein Referenzlauf (16.–20.06.1998) und sechs verschiedene Emissionsszenarien gerechnet. Für die Szenarien wird das räumliche und zeitliche Emissionsmuster beibehalten und die Emissionen mit Faktoren multipliziert, um mögliche Emissionen für die Jahre 1970 und 2010 zu simulieren. Des Weiteren werden die einzelnen Emissionen für NOx und NMVOC gëandert, um deren Einfluss auf andere Konzentrationen (z.B. Ozon) zu untersuchen. Alle Experimente werden mit derselben Meteorologie gerechnet. Die Experimente werden mit dem Meteorologie/Chemie Modellsystem M-SYS (METRAS/MECTM) mit einfacher Aerosolchemie und mit einer horizontalen Auflösung von 8 km gerechnet. Emissionsänderungen von NMVOC und NOx führen zu nichtlinearen Konzentrationsänderungen von O3, NOx und HNO3. Die ü Anderungen der Konzentrationen sind abhängig von den ü Anderungen der NMVOC- und NOx-Emissionen und deren Relationen zueinander. Da das Modellgebiet in einem NMVOC limitierten Regime liegt, gibt es einen linearen Zusammenhang zwischen den Ozonkonzentrationen und dem NMVOC/NOx Emissionsverhältnis. Darüuber hinaus hängen die NOx-Konzentrationen von den Gesamtemissionen von NOx und NMVOC ab. Sie sind invers abhängig von den ü Anderungen des NMVOC- zu NOx-Emissionsverhätnisses. HNO3 ist hauptsächlich abhängig von den Gesamtemissionsänderungen. ü Anderungen in NOx-Emissionen sind von doppelter Relevanz im Vergleich zu NMVOC-Emissionen. Das gleiche Verhältnis wird für Stickstoffdepositionen gefunden. Der Vergleich mit den Ozonkonzentrationen des Referenzfalles zeigt, dass höhere (niedrigere) NOx Emissionen die Ozonkonzentrationen senken (erhöhen), während sich die HNO3-Konzentrationen erhöhen (geringer werden). Im Gegensatz dazu führen reduzierte (steigende) NMVOC-Emissionen sowohl zu reduzierten (erhöhten) Ozonkonzentrationen als auch zu reduzierten (erhöhten) HNO3-Konzentrationen und gleichzeitig auch zu einer reduzierten (erhöhten) Stickstoffdeposition.

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1127/0941-2948/2011/0489

Publication date: February 1, 2011

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