Anmerkungen zum 4. UFP-Bericht des HLNUG

Diese Anmer­kungen disku­tieren über­wiegend tech­nische Aspekte des HLNUG-Berichts. Eine allge­meine Bewer­tung des Berichts findet sich auf der BI-Web­seite. Alle verwen­deten Quellen sind verlinkt mit Stand 30.01.2022.

Der Bericht präsen­tiert nur mehr oder weniger plausible Über­legungen zu Meß­daten, aber keiner­lei statis­tische Auswer­tungen, die über einfache Aufsum­mierung und Mittel­wert­bildung hinaus gingen. Da die verwen­deten Basis-Daten über­wiegend nicht verfüg­bar oder nur mit großem Aufwand zusammen­zustellen sind, beschränkt sich auch die Kritik auf Plausi­bili­täts-Betrach­tungen und metho­disch ähnliche Ver­gleiche, wobei die Grafiken aus dem Bericht mit eigenen Ergän­zungen genutzt werden. Zu den Schluss­folge­rungen des Berichts werden mög­liche Alter­nativen präsen­tiert; Beweise für die eine oder andere Aussage sind auf dieser Basis nicht möglich.
Alle Seiten­angaben, Tabellen- und Abbildungs-Nummern (ohne 'A') beziehen sich, soweit nicht anders ange­geben, auf den Bericht. Die Aufzäh­lung der Kritik­punkte folgt dem Aufbau des Berichts, auch wenn dadurch am Anfang eher triviale Kritiken stehen.

Winddaten und -sektoren

Die Annahme (Abschnitt 2.3, S. 4), "dass zu einem Zeit­punkt die Strömungs­verhält­nisse am Standort der UFP-Messung mit denen am Standort der Wind­messung gleich­zusetzen sind", wobei die Wind­messungen am Flug­hafen durchge­führt werden, ist für die Flug­hafen-nahen Stationen sicher­lich gerecht­fertigt, müsste aber für Stationen wie Frank­furt-Riedberg oder -Fried­berger Land­strasse überprüft werden, beson­ders wenn kurz­zeitige Vergleiche ange­stellt werden.
Schon ein grober Vergleich der Wind­daten am Flug­hafen mit öffent­lich verfüg­baren Daten der Stationen Frankfurt-West, Bad Vilbel-Dortel­weil und Kleiner Feldberg zeigt, dass zwischen diesen Stationen kurz­zeitig bedeutende Abwei­chungen in Wind­richtung und -geschwin­digkeit auf­treten können.

In Tabelle 1 auf S.5 wird ange­geben, dass der Wind an den Stationen Schwan­heim und Riedberg nur zu 35,7% bzw. 38,8% der Zeit aus Rich­tungen wehte, die im 'Wind­sektor' der jewei­ligen Station liegen, obwohl diese Sektoren sehr breit sind und die Haupt­wind­richtungen am Flug­hafen voll­ständig beinhalten. Hier müssten zumindest über die lange Meß­periode in Schwan­heim gemäß dem lang­fristigen Mittel Werte über 50% auftreten, selbst wenn hier die "Nicht-Betriebs­zeiten" des Flug­hafens (wahlweise 23:00 oder 0:00 Uhr bis 5:00 Uhr) generell ausge­schlossen sein sollten. Auch an anderen Stationen fallen die Werte teil­weise erstaun­lich niedrig aus.
Die Frage ist relevant dafür, über welche Zeit­räume für diverse folgende Konzen­trations-Betrach­tungen tatsäch­lich summiert wurde.

Die Defini­tion der 'Wind­sektoren' im Anhang 6.3, S. 30, und gleich­lautend auch im dritten Bericht, ist unpräzise und sach­lich nicht begrün­det. Vergleich­bare Wind­sektoren wurden erstmals im zweiten Bericht als Auswer­tungs-Hilfs­mittel a priori mit eindeu­tigem Bezug auf die geogra­phische Lage poten­tieller UFP-Quellen rund um vier Flug­hafen-nahe Meß­stationen einge­führt. In die Defini­tion der neuen 'Flug­hafen-Wind­sektoren' gehen nun neben der geogra­phischen Lage zum Flug­hafen, die in unbe­stimmter Weise "berück­sichtigt" (S. 5) bzw. "in Betracht gezogen" (S. 30) wird, auch Meßer­gebnisse ein, für deren Auswahl bereits ein Einfluß des Flug­hafens am jewei­ligen Ort voraus­gesetzt wird. Dieser Zirkel­schluss führt zu unbe­grün­deten, bei einigen weiter entfernten Stationen sogar zu offen­kundig frag­würdigen Ergeb­nissen.
Besonders gut zeigt sich das an der Station Frank­furt-Riedberg. Hier weicht das Zentrum des Sektors (Winkel­halbie­rende) erheb­lich von der Richtung zum Flug­hafen­zentrum ab. Der Flug­hafen liegt gerade noch am west­lichen Rand des so defi­nierten Wind­sektors, der im Osten bis zum Rodgau reicht. Wie aber der Wind, der über Neu-Isen­burg oder Oberrad zum Riedberg bläst, von den Emis­sionen am Flug­hafen beein­flusst sein soll, dieser Einfluss an den dazwischen liegenden Stationen Oberrad und Fried­berger Land­strasse aber nicht sichtbar wird, wird nicht erläutert.
Diese Wind­sektoren beein­flussen aber die meisten im Weiteren präsen­tierten Auswer­tungen, indem "alle Zeit­räume, zu denen der Flug­hafen nicht in Betrieb ist (0-5 Uhr Ortszeit; inklusive Abkling­phase nach Ende des Flug­betriebs) oder der Wind aus anderen Wind­rich­tungen" als denen des Wind­sektors "weht, als stations­typische Hinter­grund­konzen­tration definiert" werden (S. 5). Fehler in der Zuord­nung der Meß­werte haben daher direkten Einfluss auf die Schluss­folge­rungen aus den Konzen­trations-Daten.

In Abschnitt 3.1 (S. 9) wird aus Unter­schieden zwischen Konzen­trationen bei "Messungen während des Flug­betriebs und bei Wind aus Richtung des Flug­hafen­sektors ... und Messungen bei allen anderen Beding­ungen" direkt auf einen "Einfluss durch den Flug­betrieb gegen­über der Hinter­grund­konzen­tration" geschlossen und abschließend konsta­tiert: "Zusammen­fassend kann festge­stellt werden, dass an allen hier darge­stellten Mess­stationen ein Einfluss durch den Flug­betrieb nach­weisbar ist" (S. 11).
Dieser Zusammen­hang wäre aller­dings erst einmal zu beweisen, denn gerade bei weiter vom Flug­hafen entfernten Stationen können natür­lich auch andere Quellen Einflüsse aus vergleich­baren Rich­tungen und zu vergleich­baren Zeiten haben, wie weiter unten gezeigt wird.

Partikelanzahl-Größenverteilung, Partikel-Quellen und Tagesgang

Der Bericht benennt mehrfach (S. 11, 17,21, 22) "charak­teris­tische Partikel­anzahl-Größen­vertei­lung" und "Tages­gang" als "typische Eigen­schaften der UFP aus Flug­hafen­emissionen". Im Kap. 4, "Diskus­sion und Schluss­folge­rungen" wird "die typische Partikel­anzahl-Größen­vertei­lung mit ausge­prägtem Maximum für Partikel kleiner als 30 nm" als "charak­teris­tischer „Finger­abdruck“" bezeich­net. Als Beleg dafür wird eine Studie (Stacey et al. 2020) ange­führt, die UFP und andere Schad­stoffe unmit­telbar an den Roll­bahnen des Flug­hafens London Heathrow mißt und mit Ergeb­nissen von Stationen im Londoner Stadt­gebiet ver­gleicht, aber keiner­lei Versuch unter­nimmt, einen Beitrag des Flug­hafens an diesen Stationen nachzu­weisen. Sie kommt zu dem Ergebnis: "The distri­bution of particle sizes is ... completely diffe­rent, with the airport PSD dominated by particles with a mode of 20 nm. In contrast, measure­ments of PN in London have a signifi­cantly larger mode of 30 nm" (Die Vertei­lung der Partikel­grössen ist komplett verschieden, wobei die Flug­hafen-Partikel­grössen­verteilung von Partikeln mit einem Mode von 20 nm domi­niert wird. Im Gegen­satz dazu haben die Messungen der Partikel­anzahl in London einen signi­fikant grösseren Mode von 30 nm (eigene Über­setzung)).
Der Bericht macht keinen Versuch, die sonstige, schon recht umfang­reiche Lite­ratur zum Thema zu rezi­pieren und auszu­werten; auch die Folge-Studie (Stacey et al. 2021) in Heathrow wird nicht erwähnt. Daher sollen hier zunächst in aller Kürze die wich­tigsten rele­vanten Fakten refe­riert werden.

In einer aktuellen Literatur-Übersicht (Hopke et.al. 2022) werden Studien ausge­wertet, die Quellen-Zuord­nungen ('Attri­bution') für Partikel­messungen in unter­schied­lichen Kontexten bestimmen. Dafür werden auf­wändige mathe­matisch-statis­tische Verfahren ('Principal Component Analysis', 'Positive Matrix Factori­zation' o.ä) verwendet, die in der Regel aufgrund eines oder mehrerer Parameter einen Groß­teil der gemes­senen Vertei­lungen mit hoher Wahr­schein­lich­keit einer bestimmten Quelle zuordnen können.
Im Ergebnis wird fest­gestellt, dass Verkehrs­quellen und Partikel-Neubil­dungen ("nucleation") an den meisten Meß­stellen domi­nieren. Emis­sionen aus dem Luft­verkehr werden dort nicht getrennt erfasst, sondern aufgrund der vergleich­baren Partikel-Grösse dem Nucleation-Modus zuge­ordnet. Für den Verkehr wird zwischen "spark-ignition vehicles" ("Traffic 1", Fremd­zünder, in der Regel Benzin-Motoren) mit Peak bei 30-35 nm und "diesel vehicles" ("Traffic 2", Selbst­zünder) mit Peak bei 60–80 nm unter­schieden.
Für aktuelle hiesige Verhält­nisse ist zu berück­sichtigen, dass die Opti­mierung der Verbrennungs­motoren in Kraft­fahr­zeugen und die zuneh­mend strenger werdenden Abgas­normen, die inzwischen auch Partikel umfassen, zu einer Verschie­bung der Größen­verteilung in den Emis­sionen aus dem Straßen­verkehr (Du et al. 2018), inzwi­schen auch aus dem LKW-Verkehr (Zhou et al. 2020), zu immer kleineren Partikel-Grössen-Maxima führen. Lang­fristige Messungen von Straßen­verkehrs-Emis­sionen (Straaten & Weber 2021) zeigen Maxima im Bereich <12 nm sowie Tages­gänge mit starkem Anstieg in den frühen Morgen­stunden und lang­samem Abklingen in den Abend­stunden.
Alles zusammen lässt den Schluss zu, dass die im Bericht als "typisch für Flug­hafen­emissionen" bezeich­neten Größen­vertei­lungen und Tages­gänge im allge­meinen ebenso gut durch den Straßen­verkehr erzeugt werden können. Auch ist nicht zu erwarten, dass die am Emis­sionsort gemes­senen Größen­vertei­lungen unver­ändert über große Strecken trans­portiert werden können, da in den meisten Fällen physika­lische und chemische Verän­derungen auftreten, die zu einer Verschie­bung hin zu grösseren Teilchen ('Alterung') führen.

Zu Entstehung, Trans­formation und Ausbrei­tung von UFP aus Flug­zeug-Trieb­werken gibt es eine aktuelle Über­sicht (Matthes 2020) in einem DLR-Beitrag zum EU-Projekt AVIATOR. Dort werden Ergeb­nisse zu Partikel­anzahl-Größen­vertei­lungen in den Emissionen verschie­dener Trieb­werke in Abhängig­keit von Last­stufen, Treib­stoff-Zusammen­setzung etc. sowie Verän­derungen in den Emissions­fahnen in Abhängig­keit von der Zeit, der atmo­sphärischen Beding­ungen und anderem präsen­tiert, ohne den Versuch zu unter­nehmen, ein zusammen­fassendes Bild zu entwickeln.
Eine weitere Übersicht (Riley et al. 2021) wertet eine frühere Über­sicht sowie neuere Studien zum Einfluss des Flug­verkehrs auf die Luft­qualität rund um Flug­häfen aus. In Bezug auf Ultra­feine Partikel finden alle Studien erhöhten UFP-Anzahl­konzen­trationen im Abwind von Flug­häfen. Soweit Größen­vertei­lungen betrachtet werden, liegen die Erhöhungen haupt­sächlich im Bereich sehr kleiner Partikel­größen (<30 nm), soweit Flug­routen betrachtet werden, finden sich die höchsten Werte unter den Anflug­routen.
Eine Meß­kampagne zur Bestim­mung der Beiträge von Flug- und Strassen­verkehr zur UFP-Belas­tung nahe­liegender Siedlungs­bereiche wird ausführ­lich in einer Studie (Austin et al. 2021) beschrieben, die am Seattle-Tacoma Inter­national Airport durch­geführt wurde. Sie nutzt im Wesent­lichen die Para­meter Partikel­anzahl-Grössen­verteilung und Black Carbon (Russ) und stellt zusammen­gefasst fest, dass im Strassen­bereich grössere Partikel und höhere Russ-Konzen­trationen vor­kommen, während sehr kleine Partikel (Maxima zwischen 10 - 20 nm) und wenig Russ besonders unter den Anflug­routen auftreten. Die erhöhte UFP-Konzen­tration aus dem Strassen­verkehr sinkt nach rund 150m auf etwa die Hälfte ab und erreicht nach 500m Hinter­grund­werte, während die Flug­zeug-Emis­sionen in bis zu 15 km Entfer­nung unter den Anflug­routen festzu­stellen sind. Expli­zite Aussagen zu der Entfer­nung unter den Abflug­routen und abseits der Flug­routen werden nicht gemacht.
Als Erklärung für diese Ergeb­nisse wird unter Verweis auf die Literatur ange­führt, dass erstens die Trieb­werke unter typischem Anflug-Last­betrieb besonders viele kleine Artikel emit­tieren und diese Partikel durch abwärts gerich­tete verti­kale Luft­strömungen und Wirbel­schleppen in Flughafen­nähe binnen weniger Minuten, in weiterer Entfer­nung inner­halb einer Viertel­stunde den Boden erreichen und in diesen Zeiten nur relativ wenig 'gealtert' sind, so dass die Maxima noch zwischen 10 und 30 nm liegen, während bei Starts mit hoher Trieb­werks­last die Größen­verteilung zu grösseren Partikeln hin verschoben ist und die Flug­zeuge schneller steigen, so dass am Boden mehr grössere und 'gealterte' Partikel ankommen.

Im 2. Bericht des HLNUG wird die gemes­sene Größen­vertei­lung der UFP nahe dem Flug­hafen darge­stellt und darauf einge­gangen, dass die "mittlere Größen­vertei­lung in Raunheim bei 10 nm maximale Konzen­trationen" aufweist, "die offen­sicht­lich auch für Partikel kleiner 10 nm nicht signi­fikant zurück­gehen", während sie in Schwan­heim einen Peak nahe 20 nm zeigt. Die nahe­liegende Vermutung, dass in Raunheim sehr viel mehr "jüngere" Partikel gemessen werden, weil die Emis­sionen aus den Über­flügen nur wenige 100 m bis zur Station zurück­legen müssen, in Schwan­heim aber mehr bereits geal­terte Partikel ankommen, weil sie mindes­tens 2 km seit­lichen Abstand von der Anflug­route über­winden müssen, wird aller­dings nicht ausge­sprochen.
Der aktuelle Bericht verall­gemeinert dies, auch mit Bezug auf die Studie von Stacey et a. 2020, die Partikel­größen-Vertei­lungen direkt an den Roll­bahnen misst, zu der Aussage: "Partikel in diesem Größen­bereich," (<100 nm)"sowie die typische Form der Partikel­anzahl-Größen­vertei­lung mit einem Maximum im Bereich 10 – 20 nm und einem schnellen Abfall für größere Partikel, sind charak­teris­tisch für Emis­sionen, die im Zusammen­hang mit dem Flug­betrieb stehen" (S. 17), die auch für die Diskus­sion der Meß­ergeb­nisse an der 11 km entfernten Station Fried­berger Land­strasse zugrunde gelegt wird.

Die Diskus­sion des Vergleichs der gemes­senen Partikel­anzahl-Grössen­vertei­lungen in Schwan­heim und in der Fried­berger Land­strasse übergeht einen wesent­lichen Unter­schied. In Schwan­heim sind die Immis­sionen der Partikel <100 nm tatsäch­lich zusätz­lich zum Hinter­grund, d.h. die Werte unter 100 nm sind im Zeit­raum des Flug­betriebs deut­lich erhöht, die Werte für grössere Partikel bleiben unver­ändert. Im Gegen­satz dazu stellt der Bericht fest: "Die mitt­lere Vertei­lung für Hinter­grund­beding­ungen an der Fried­berger Land­straße ist deut­lich breiter und weist auch ab etwa 30 nm höhere Partikel­anzahl-Konzen­trationen auf" (S. 18) (blau markierter Bereich in Abb.A3) als die Vertei­lung, die während des Flug­betriebs-Zeit­raums gemessen wird. Es wird aller­dings nicht erklärt, wieso "Hinter­grund­werte" höher sein sollen als Werte, bei denen ein zusätz­licher Input ange­nommen wird.
Solche Verschie­bungen weisen darauf hin, dass lokale Quellen in den beiden Zeit­räumen unter­schied­lich wirken oder erfasst werden, und diese Verän­derung müsste zunächst unter­sucht werden, ehe ein externer Input fest­gestellt werden kann.

Als ein lokaler Effekt werden die Strömungs­verhält­nisse in der Strassen­schlucht an der Mess­station beschrieben, die je nach Wind­richtung unter­schied­liche lokale Luft­massen zur Station führen. Daher wird die Wind­richtungs­abhängig­keit der Mess­werte für Ultra­fein­staub und Stick­stoff­monoxid, das als Indi­kator für lokale Verkehrs­quellen bezeichnet wird, verglichen. Aus Unter­schieden in den Kurven­verläufen wird geschlossen, "dass die erhöhten UFP-Konzen­trationen für den Wind­richtungs­bereich von 190 - 230° nicht dem Kfz-Verkehr zuzu­ordnen sind, sondern aus dem deut­lichen Einfluss der Emis­sionen vom Flug­hafen resul­tieren" (S. 16). Der Vergleich wird jedoch weder metho­disch erläutert, noch werden die Unter­schiede quanti­fiziert.
In der im Bericht gewählten Korre­lation der beiden Meßkurven gibt es zwei Bereiche, die relevante Abwei­chungen zeigen. Im Bereich von 180°-340° sind die Partikel­anzahlen höher (blau­grauer Bereich in Abb.A4), im Bereich von 340°-90° die NO-Werte. Der 'Wind­sektor'-Bereich von 190°-230° umfasst nur 24% des (als Fläche zwischen den Kurven gemessenen) Unter­schieds zwischen den beiden Kurven und nur 40% des Bereichs, in dem die Partikel­anzahlen höher sind. Eine Recht­ferti­gung für einen Schluss auf einen zusätz­lichen Partikel­input aus diesem Bereich ergibt sich daraus nicht.

Die Darstel­lung der beiden Meßkurven im Verhält­nis zuein­ander ist willkür­lich gewählt. Es gibt keinen Zusammen­hang zwischen einem Unter­schied in der Partikel­anzahl von 3.000 Teilchen pro Kubik­zenti­meter und einem in der NO-Konzen­tration von 10 Mikro­gramm pro Kubik­zenti­meter.
Eine vertikale Stauchung des Maßstabs für die NO-Konzen­tration auf 2/3 des ursprüng­lichen Wertes führt zu einer optisch besseren Über­einstim­mung beider Kurven. Auch lässt sich der Bereich erhöhter Partikel­anzahlen damit auf den Wind­sektor beschränken, jedoch domi­nieren jetzt insgesamt eindeutig die Abwei­chungen bei nörd­lichen Wind­richtungen, die erklärt werden müssten.
Ohnehin ist die Beweis­kraft solcher optischer Vergleiche gleich Null, wie auch die Tatsache veran­schaulicht, dass die NO-Kurve durch weitere Stauchung des vertikalen Maßstabs auch in vergleich­barer Qualität an die Partikel-Hinter­grund­kurve ange­passt werden kann. Ein solcher Vergleich kann im günstigsten Fall Hinweise für Hypo­thesen liefern, die durch statis­tische Methoden über­prüft werden müssten. Im vorlie­genden Fall ergibt sich aller­dings kein solcher Hinweis.

Auch der Vergleich zweier Szena­rien, "die die beiden typischen Anström­verhält­nisse (Wind aus Ost und Wind aus Richtung Flug­hafen) wider­spiegeln" (S. 16) sollen, ergibt Hinweise nur, wenn man eine Reihe lokaler Para­meter berück­sichtigt. Während der Konzen­trations­verlauf in Schwanheim eine deutliche Abhängig­keit von der Wind­richtung zeigt, die Konzen­trations­schwan­kungen bei süd­lichen Richtungen aller­dings nur wenig mit der Anzahl Starts oder Lan­dungen korre­lieren, zeigen die UFP-Konzen­trationen in der Fried­berger Land­strasse relativ gleiche Mittel­werte während der "Betriebs­zeit" von 5:00-23:00 Uhr. Die Umschwünge an beiden Orten treten nahezu zeit­gleich auf, können also kaum durch ein Signal verur­sacht sein, das bei einer Wind­geschwindig­keit von 5 m/s etwa eine halbe Stunde von einer Station zur anderen braucht.
Für weitere Vergleiche sind die Kontur­plots weniger geeignet. Ein Linien­diagramm mit den Partikel­anzahl-Konzen­trationen der wichtig­sten Partikel­größen-Bereiche ergibt einen besseren Über­blick. Damit lassen sich auch im Tages­verlauf, anders als bei Mitte­lungen über längere Zeit­räume, relativ einfach mögliche Korrela­tionen zu anderen Para­metern darstellen, hier die Sonnen­schein­dauer und Nieder­schläge (im Stunden­mittel) sowie der Konzen­trations­verlauf von Stick­stoff­monoxid (als Indi­kator für Strassen­verkehrs-Emissionen).

Als mögliche, zu prüfende Zusammen­hänge ergeben sich eine relativ lange, wenig unter­brochene Sonnen­einstrah­lung am ersten Tag bis zur Ände­rung der Wind­richtung (gegen 18:00 Uhr) mit einer höheren Partikel­anzahl-Konzen­tration im Größen­bereich 10-30 nm über den gleichen Zeit­raum, sowie eine im Mittel höhere, aber stark schwan­kende NO-Konzen­tration mit eben­solchen Schwan­kungen über einen weiteren Größen­bereich bei den ultra­feinen Partikeln am zweiten Tag.
Diese Zusammen­hänge wären auch plausibel, da einer­seits längerer Sonnen­schein an einem Sommer­tag zu Neu­bildung von Partikeln (im Größenbereich um 10 nm) in der Atmo­sphäre führen kann (Bousiotis et.al. (2021)), die zum Teil auch durch vertikalen Trans­port eine Strassen­schlucht erreichen können, anderer­seits die NO-Konzen­tration, wie im Bericht ange­geben, ein Indikator für "frische" Strassen­verkehrs­emissionen sein kann und damit darauf hin­deutet, dass unter den Beding­ungen des zweiten Tages (Wind aus Nord bis Nordost) mehr solche Emissionen die Meß­station erreichen. Unter solchen Verhält­nissen wurden in Straßen­schluchten schon früher auch Ultra­fein­staub-Peaks mit Maxima um 15 nm gemessen (Wehner et. al. 2002), die vermut­lich durch Bildung von sekun­dären Aero­solen aus Auto­abgasen entstehen. Die annähernd gleichen Mittel­werte der UFP-Konzen­tration im Bereich 10-30 nm über die Zeit­räume von 5:00-23:00 Uhr, in die auch poten­tielle Sonnen­schein- und Verkehrs-Zeiten fallen, wären dann durch zwei unter­schied­liche Prozesse der Partikel­bildung zu erklären, die jeweils bei einer bestimmten Wetter­lage domi­nieren.
Auch hier müsste natür­lich durch statis­tische Auswer­tungen über­prüft werden, inwieweit solche Annahmen die Varia­tionen in den Meß­daten erklären könnten. Sie erklären die Meßergeb­nisse jedoch plausibler als die Annahme, dass "unter bestimmten Beding­ungen auch die Mess­station in der Fried­berger Land­straße von den Emis­sionen am Flug­hafen beein­flusst wird". Erst recht ist keine Grund­lage ersicht­lich für die Behaup­tung, dass bei "Wind aus Rich­tung Flug­hafen ... der mittlere Einfluss des etwa 11 km entfernten Flug­hafens als ähnlich hoch einzu­schätzen" ist "wie die mitt­leren lokalen Emis­sionen durch den Kfz-Verkehr".

Zum "Tagesgang", der die zweite "typische Eigen­schaft der UFP aus Flug­hafen­emissionen" sein soll, werden keine weiteren Ausfüh­rungen gemacht. Es wird offenbar voraus­gesetzt, dass die offi­zielle Flug­hafen-Betriebs­zeit von 5:00 - 23:00 Uhr auch die Zeit mehr oder weniger konti­nuier­licher Flug­hafen-Emis­sionen ist. Typische Tages­gänge von Starts und Landungen und damit vari­ierende Emissions-Arten und -Stärken werden ignoriert.
Auch dass diese Betriebs­zeiten mit den "Betriebs­zeiten" anderer anthro­pogener oder natür­licher UFP-Quellen mehr oder weniger über­lappen, vor allem in der Anfangs­zeit ab 5:00 Uhr morgens, wird nicht weiter disku­tiert.

Partikel-Ausbreitung

Aller­dings wird bei der zweiten "exempla­rischen Darstel­lung" auf Tages­abläufe Bezug genommen. Der domi­nierende Einfluss des Flug­hafen­betriebs auf die Partikel­anzahl-Konzen­trationen im Bereich 10-30 nm wird hier aller­dings bereits als gegeben ange­nommen ("Abbildung 8 zeigt nun exempla­risch für den 23.12.2020 anhand der zeit­lichen Entwick­lung der Partikel­anzahl-Größen­vertei­lung als Kontur­plot in F-Schwan­heim, F-Nied­wald und F-Ried­berg, wie sich die UFP-Emis­sionen bei Wind aus südlicher Richtung aus­breiten", S. 19) und es werden sogar aus den Konzen­trations­schwan­kungen Rück­schlüsse auf die Emis­sionen am Flug­hafen gezogen ("Nach Ende des Flug­betriebs um 23:00 Uhr fällt die UFP-Konzen­tration lang­samer ab, was darauf schließen lässt, das im weiteren Betriebs­ablauf eben­falls UFP emit­tiert werden", S. 20).

Weiter heisst es: "Zeit­lich gesehen ergibt sich beim morgend­lichen Anstieg zwischen den einzelnen Mess­stationen ein leichter Versatz, der der zuneh­menden Entfer­nung zum Flug­hafen­gelände entspricht" (S. 20). Ermittelt man aus dem "Versatz" und der ange­gebenen Entfer­nung der Stationen mittlere Geschwin­digkeiten, die ein Signal vom Flug­hafen brauchen würde, um den Anstieg auszu­lösen, erhält man umso höhere Werte, je weiter die Station entfernt ist. Für die Station Riedberg müsste sie fast doppelt so hoch sein wie für die Station Schwan­heim (2,5 vs. 1,3 m/s).
Über den weiteren Verlauf wird ausge­führt: "Während für F-Schwan­heim die Partikel­anzahl-Konzen­tration während der Flug­betriebs­zeit, bis auf ein Minimum gegen 16:00 - 17:00 Uhr, verhältnis­mäßig konstant hoch ist, kommt es an den weiter entfernten Stationen in F-Niedwald und F-Riedberg zu Unter­brechungen. Solche Unter­brechungen sind am stärksten an der Station ausge­prägt, die am weitesten entfernt ist, und sind wahr­schein­lich auf räum­liche Unter­schiede bei der Wind­richtung zurück­zuführen" (S.20). Betrachtet man die Schwan­kungen der Anzahl-Konzen­trationen im angeb­lich "Flughafen-typischen" Bereich 10-30 nm im Linien­diagramm, sind die Schwan­kungen in Schwan­heim am meisten ausge­prägt, während die Werte am Riedberg in der Zeit von ca. 7:00-15:00 relativ wenig um einen Wert schwanken, der in Tab.2 des Berichts als "Hinter­grund" ausge­wiesen ist (5.870 1/cm³) und sonst über­wiegend darunter liegen. Hier gibt es im Grunde also kein Signal, dass auf einen externen Input hin unter­sucht werden könnte.

Auffällig­stes Ereignis im Verlauf ist die Tatsache, dass gegen 16:00 Uhr an allen Stationen nahezu zeit­gleich die Partikel im genannten Bereich fast voll­ständig aus der Atmo­sphäre verschwinden. Als plausi­belste Erklärung hierfür lassen sich die Nieder­schlags­daten anführen. Während es zwischen 5:00 und 13:00 Uhr in der gesamten Region leichten Nieder­schlag gab, der bis 15:00 Uhr pausierte, setzte danach überall etwas stärkerer Regen ein. Obwohl die Stunden­mittel die zeit­liche Varia­bilität der Nieder­schläge nur unzu­reichend wieder­geben, passt diese Entwick­lung einiger­maßen zu den Mustern des Rück­gangs der Partikel­anzahl-Konzen­trationen, und auch das Nach­lassen der Nieder­schläge und das Wieder­ansteigen der Konzen­trationen passen zusammen.
Dass Nieder­schläge die Entstehung und Ausbrei­tung von Partikeln generell und auch von ultra­feinen Partikeln negativ beein­flussen, ist bekannt und wird auch in der bereits zitierten Literatur mehr­fach erwähnt.

Insbe­sondere für die Station Riedberg zeigt sich also "aus dem Vergleich von Messungen bei Wind aus Richtung des Flug­hafen­geländes und den übrigen Messungen" keines­wegs "ein deut­licher Einfluss des Flug­betriebs" (S.21). Viel­mehr ergibt sich unter Berück­sichti­gung der anfangs beschrie­benen Charakte­ristika der Straßen­verkehrs-Emis­sionen und der Tatsache, dass nur wenige Hundert Meter entfernt im Süden der Station eine viel­befahrene inner­städtische Verbindungs­straße (Rosa-Luxem­burg-Straße) und ein Auto­bahn­zubringer (Marie-Curie-Straße) vorbei­führen, eine wesent­lich plausi­blere Erklärung aller für die Station präsen­tierten Meßwerte durch lokale Effekte. Das gilt auch für die im Anhang 6.2, S.28 präsen­tierte Wind­richtungs-Abhängig­keit der gemes­senen Konzen­trationen und den oben disku­tierten unge­wöhnlichen 'Wind­sektor', der den Flug­hafen nur gerade noch bein­haltet, aber gut zu den beiden Straßen passt.
Weit weniger eindeutig ist die Situation an der Station Niedwald. Die liegt zwar auch in nur geringem Abstand (laut Bericht 100 m) von zwei viel befahrenen Auto­bahnen (A5 und A648 bzw. der Verbin­dung zwischen beiden), die liegen aber im Norden bzw. Nordosten der Station und erklären die höheren Konzen­trationen bei Wind aus südlichen Richtungen nicht. Die im Süden liegende inner­städtische Verbindungs­straße (Oeser Straße) ist weiter entfernt (ca. 350 m) und weniger befahren. Die viel befahrene Mainzer Land­straße und die Schwan­heimer Brücke sind bereits 1.500-2.500 m entfernt. Zwar sind auch hier die Hinweise für einen rele­vanten Einfluß des Flug­hafens schwach, aber es drängen sich auch keine alter­nativen Erklä­rungen auf. Ohne genauere Unter­suchungen lassen sich keine Aussagen machen.

Schlussfolgerungen

Aufgrund der obigen Ausfüh­rungen können die wichtig­sten Schluss­folge­rungen aus dem Bericht (alle S.22) wie folgt bewertet werden:

"Neben der deut­lichen Wind­richtungs­abhängig­keit, die sich ausschließ­lich zu Zeiten des Flug­betriebs einstellt, ist vor allem die typische Partikel­anzahl-Größen­verteilung mit ausge­prägtem Maximum für Partikel kleiner als 30 nm kenn­zeichnend".
Da andere Quellen mit vergleich­barer Wind­richtungs­abhängig­keit, Einwirkungs­zeit und Größen­verteilung exis­tieren, aber nicht berück­sichtigt werden, ist diese Aussage in keiner Weise belegt, sie ist auch in deut­lichem Wider­spruch zu Aussagen in der rele­vanten Literatur.

"Messungen entlang der Haupt­wind­richtung in F-Schwan­heim, F-Niedwald und F-Riedberg zeigen, dass bei Wind aus Richtung des Flug­hafen­geländes der typische „Finger­abdruck“ der Emis­sionen aus dem Flug­betrieb bis in 14 km Entfer­nung zum Flug­hafen in geringerer Konzen­tration nach­weisbar ist."
Das ist nicht der Fall. Für die Station Riedberg ist ein Einfluß des Flug­hafens aufgrund der vorlie­genden Daten extrem unwahr­schein­lich, für die Station Niedwald zumindest nicht nach­gewiesen.

"Hierbei nimmt der Einfluss exponen­tiell mit zuneh­mender Entfer­nung ab. Die Ergeb­nisse sind jedoch nicht auf die exem­plarisch ausge­wählte Haupt­wind­richtung beschränkt, sondern können auch auf andere Wind­richtungen über­tragen werden".
Für beide Aussagen führt der Bericht keinerlei Belege an.

An der Station Fried­berger Land­straße "ist der charakte­ristische „Finger­abdruck“ der Emissionen aus dem Flug­betrieb deutlich von den lokalen Emis­sionen zu unter­scheiden. Während beim Einfluss durch die lokalen Emissionen starke und häufige Konzen­trations­spitzen in einem weiten Partikel­größen­bereich auftreten, ist unter Einfluss des Flug­betriebs die UFP-Konzen­tration eher durch eine kontinuier­liche Erhöhung im typischen Größen­bereich von 10 – 30 nm geprägt".
Wie Abb.A5 zeigt, sind die Schwan­kungen im UFP-Bereich 10-30 nm unter den 'zwei typischen Belastungs­situationen' nicht sehr unter­schied­lich (tatsäch­lich ist die Standard­abweichung im Bereich 21.06 5:00-18:Uhr, d.h. bis zur Änderung der Wind­richtung, und am 22.06, 5:00-23:00 Uhr praktisch identisch.). Unter­schiede ergeben sich im Bereich 30-100 nm, der angeb­lich vom Flug­betrieb nicht beein­flusst wird, durch die bessere Erfassung lokaler Emissionen bei östlichen Winden.

"Im Vergleich zu typischen UFP-Konzen­trationen im städti­schen Hinter­grund (6.000 - 7.000 Partikel pro cm³) ist die mittlere UFP-Konzen­tration in der Fried­berger Land­straße um etwa 50 % erhöht"
Dass eine viel­befahrene Straßen­schlucht deutlich höhere Partikel-Konzen­trationen aufweist als städtischer Hinter­grund, bedarf keiner Erwäh­nung. Laut Tab.2 des Berichts beträgt der 'Hinter­grund' an der Station 8860 [1/cm³], dieser Wert ist bei 'Flug­hafen­einfluß' um ca. 11% erhöht (9810 [1/cm³]). Diese Erhöhung ist angesichts viel höherer Schwan­kungen aufgrund meteoro­logischer Beding­ungen kaum relevant, ein wesent­licher externer Einfluss lässt sich daraus nicht ablesen.

"Bei Wind aus Richtung Flughafen tragen die lokalen Emissionen und die Emissionen vom etwa 11 km entfernten Flug­hafen in etwa gleichem Maße zur UFP-Konzen­tration bei."
Es ist unklar, was hier verglichen wird. Die lokalen Emissionen liegen gemittelt über "nicht-südwest­liche", d.h. außer­halb des 'Wind­sektors' liegenden Winde und Nicht-Verkehrs­zeiten (23:00-5:00 Uhr), ca. 30-50% höher als der allgemeine städtische Hinter­grund, bei südwest­lichen Winden während der Verkehrs­zeiten 40-65%. Derartige Unter­schiede lassen sich ebenso wie die präsen­tierten Meßdaten wesent­lich plausibler durch die unter­schied­liche Ausprägung und Erfassung lokaler Emissionen erklären, ein Nachweis eines Inputs aus externen Quellen ergibt sich daraus nicht.

In der "Zusammen­fassung" am Anfang des Berichts finden sich noch die Sätze "In F-Riedberg führen die zusätz­lichen Emis­sionen bei Wind aus Richtung Flughafen zu einer Erhöhung der UFP-Konzen­tration von etwas mehr als 25 %. Sie beein­flussen somit bei südwest­lichem Wind vermut­lich unter anderem weite Teile des Frank­furter Stadt­gebiets."
Riedberg ist die am weitesten vom Flughafen entfernte Station des UFP-Meß­netzes. Laut den Daten aus Tab.2 (S.12) liegen die lokalen Emissionen gemittelt über "nicht-südwest­liche" Winde und Nicht-Verkehrs­zeiten unter dem allge­meinen städtischen Hinter­grund (5.870 [1/cm³]), bei südlichen Winden während der Verkehrs­zeiten 5-25% darüber. Angesichts der Lage der Station nur wenige hundert Meter nördlich viel befahrener Straßen (s.o.) schließt das relevante externe Inputs weitgehend aus.

Eine Beein­flussung "weiter Teile des Frank­furter Stadt­gebiets" durch die UFP-Emis­sionen des Flug­betriebs am Frank­furter Flug­hafen wird daher durch die im Bericht präsen­tierten Daten nicht nachge­wiesen.
Zur Ermittlung der räum­lichen und zeit­lichen Ausdeh­nung des Einflusses des Flug­betriebs auf die Wohnbe­völkerung im Umland sind weitere Messungen, vor allem aber auch präzisere Auswer­tungen der bereits gesammelten Daten notwendig.