Entgegung der BIFR
zur "Stellungnahme des HLNUG zur Mail der BI Raunheim vom 14.09.2022"

Vorbemerkung

Diese Ent­gegnung disku­tiert über­wiegend tech­nische Aspekte der Stellung­nahme des Hessischen Landes­amtes für Natur­schutz, Umwelt und Geologie (im weiteren: 'Stellung­nahme') zu unserem Beitrag vom 14.09.22 ('Beitrag'). Eine allge­meine Bewer­tung findet sich auf der BI-Web­seite im Update zu diesem Beitrag vom 31.10.22.
Unsere grund­sätz­liche Kritik am Vorgehen des HLNUG ist zusammen­gefasst in unseren Anmer­kungen ('Anmerkungen') zum 4. UFP-Bericht des HLNUG, auf die wir hier ausführ­lich Bezug nehmen. Auch auf den Vortrag, der vom HLNUG am 07.09. in Walldorf gehalten wurde ('Vortrag'), nehmen wir Bezug.
Die Entgegnung folgt dem Aufbau der HLNUG-Stellung­nahme, auch wenn dadurch Wieder­holungen not­wendig werden. Alle verwen­deten Quellen sind verlinkt mit Stand 27.10.2022. Für das Ver­ständnis der im Folgenden disku­tierten Sach­verhalte ist es nütz­lich, alle hier genannten Doku­mente zur Verfü­gung zu haben.

Bei allen nach­folgenden Diskus­sionen ist zu berück­sichtigen, dass die zur Verfügung stehenden meteoro­logischen Daten von begrenzter Qualität sind (sowohl bezüglich zeit­licher und räum­licher Auflösung als auch Meß­genauig­keit), so dass die Betrach­tung zu detail­lierten Abläufen auf schwacher Grund­­lage stehen und als mögliche Inter­preta­tionen gesehen werden sollten, aber keines­falls als Beweise gelten können.

Bemerkung zum Windsektor

Abbildung 1: Hier wurde die Lage der HLNUG-Meß­station und der vom HLNUG defi­nierten Wind­sektoren (ursprüng­liche und erwei­terte Fassung) in einen Aus­schnitt einer Karte einge­tragen, die aus dem Abschluss-Bericht des UBA-Projekts "Ein­fluss eines Groß­flug­hafens auf zeit­liche und räum­liche Ver­tei­lungen der Außen­luft­konzen­tra­tionen von Ultra­fein­staub < 100 nm, um die poten­tielle Belas­tung in der Nähe zu beschreiben - unter Einbe­ziehung weiterer Luft­schad­stoffe (Ruß, Stick­oxide und Fein­staub (PM2,5 und PM10))" entnommen wurde.
Sie zeigt "Jahres­mittel 2015 der boden­nahen Konzen­tration von UFP für Kfz-Verkehr im Umland des Frank­furter Flug­hafens" (Abb. 27, S. 76). Es handelt sich genauer um die "mit LASAT berech­neten boden­nahen Konzen­tra­tionen aus den Emis­sionen von Kfz aus dem Umland des Frank­furter Flug­hafens". Anders als bei den Emis­sionen aus Flug­zeug­trieb­werken geben die Modell­rech­nungen zu Kfz-Emis­sionen die gemes­senen Werte recht gut wieder.

In der 'Stellung­nahme' wird mitge­teilt, dass der Wind­sektor aufgrund einer erwei­terten Daten­basis um 10° nach Westen vergrös­sert und "auf den Bereich 325° – 34° fest­gelegt" wurde. Damit sei "die Start­bahn voll­ständig einge­schlossen".
Für die korrekte Erfassung der Flug­zeug-Emis­sionen ist nicht relevant, ob das Beton­band der Start­bahn voll­ständig im Wind­sektor liegt. Entschei­dend ist, ob die Emis­sionen aus den Start-Pro­zessen, die die Meß­station erreichen können, voll­ständig erfasst werden. Das ist auch mit dem erwei­terten Wind­sektor nicht der Fall.

Auf unsere Kritik zur Methodik der Definition von Wind­sektoren in den 'Anmer­kungen' wird in der 'Stellung­nahme' nicht einge­gangen, daher haben wir dem hier nichts hinzu­zufügen.
Was aus unserer Sicht zu den Daten über die Abhängig­keit der Partikel-Anzahl­konzen­tration von Wind­richtung und Tageszeit zu sagen ist, die im 'Vortrag' (Folien 17 und 18) präsentiert werden, haben wir im 'Beitrag' im Update vom 18.10. formu­liert.

Ergänzend ist in Abb. 1 anhand von Modell­rech­nungen aus einem neueren Projekt des Umwelt­bundes­amtes gezeigt, dass im Osten von Mörfelden, wo der Wind­sektor weit über das Flug­hafen­gelände hinaus­ragt, relevante Emis­sionen aus dem Strassen­verkehr zu erwarten sind, was unsere Einschät­zung unter­mauert.
Da die Meß­station am südlichen Stadt­rand von Mörfelden lag, wirkten natür­lich (fast) alle lokalen Emis­sionen aus nörd­lichen Rich­tungen auf sie ein. Um das Signal einer weiter im Norden liegenden Quelle heraus­zufiltern, braucht es andere Heran­gehens­weisen.

Die Ausfüh­rungen zu Windsek­toren im letzten Absatz entziehen sich unserem Ver­ständnis und können daher nicht kommen­tiert werden.

Bemerkungen zur Auswertung des 27.07.2021

Die 'Stellung­nahme' gibt an, dass alle Zeit­angaben im HLNUG-Meß­daten­portal in MEZ (Mittel­euro­päische Zeit) gemacht werden, während die anderen verwen­deten Daten­portale die gültige Orts­zeit (MESZ, Mittel­europä­ische Sommer­zeit) ver­wenden. Diesen einstün­digen Zeit­versatz zwischen den Daten­reihen haben wir bei den Auswer­tungen im 'Beitrag' nicht beachtet.
Die korrek­ten Korrela­tionen zeigt Abb.2. Dort haben wir ausser­dem die Gesamt-Par­tikel-Anzahl­kon­zen­tra­tion für die Grössen­klasse 10-50 nm, die Stick­stoff­dioxid-Kon­zen­tra­tion, die lokale Wind­rich­tung und -geschwin­dig­keit aus dem HLNUG-Luft­meß­netz, Stat­ion Mör­felden, die Stunden­werte der regio­nalen Wind­rich­tung und -geschwin­dig­keit für die Stat­ion Frank­furt Flug­hafen von Meteo­Stat sowie Flug­bewe­gungs-Statis­tiken von DFLD ergänzt.

Das HLNUG schluss­folgert aus dem von uns fälsch­lich angewen­deten Zeit­versatz u.a.:

• "Aufgrund dieser falschen Zuord­nungen haben die von Ihnen abge­leite­ten Korre­latio­nen zwischen Flug­bewe­gungen, Nieder­schlag und Par­tikel­kon­zen­tra­tion keinen wei­teren Bestand."
• "Damit fällt die heraus­gestellte höchste UFP-Kon­zen­tra­tion, ent­gegen Ihrer Behaup­tungen, genau mit dem Nieder­schlag zusammen. Ihre Schluss­folge­rung, dass der Nieder­schlag die Partikel aus­wäscht und es des­halb zu einer deut­lichen Reduk­tion der Partikel­kon­zen­tra­tion kommt, ist somit nicht mehr nach­voll­zieh­bar."
• "Der in der Grafik des DFLD blau mar­kierte Bereich der Wind­rich­tung (nörd­licher Wind) fällt mit erhöh­ten UFP-Kon­zen­tra­tio­nen zusammen und ent­spricht damit genau der Ein­schät­zung des HLNUG."

Ehe wir die Behaup­tungen im Einzel­nen wider­legen, soll jedoch kurz erläu­tert werden, welche zusätz­lichen Info­rmatio­nen sich aus den ergänz­ten Daten­sätzen in Abb. 2 gewin­nen lassen. Für diese Diskus­sion werden alle Zeit­angaben in Orts­zeit, also MESZ, gemacht.

Abbildung 2: Oben: Halb­stunden-Mittel­werte für Ultra­fein­staub-Partikel-Anzahl­konzen­trationen für die Grössen­klassen 10-20, 20-30, 30-50 und 10-50 Nano­meter und Stick­stoff­dioxid-Konzen­tration für den 27.07.2021, 14:30 - 24:00 Uhr MEZ (Daten­quelle: Meßdaten­portal des HLNUG, Station Mör­felden) sowie Stunden­mittel­werte des Nieder­schlags (Daten­quelle: Meteo­Stat Station Frank­furt Flug­hafen).
Mitte: Wind­geschwindig­keit und Wind­stärke regio­nal (Daten­quelle: MeteoStat Station Frank­furt Flug­hafen sowie DFLD Station Mör­felden).
Unten: Lärmmeß­werte, Über­flug­erkennung und Flug­bewegungs-Statistik für den 27.07.2021, 14:30 - 24:00 Uhr MESZ (Daten­quelle: DFLD Station Mör­felden und Flug­hafen Tages-Statistik).

Die Partikel-Anzahl­konzen­tration ist nun auch für die Summe aller hier betrach­teten Größen-Frak­tionen, 10-50 nm, darge­stellt.
Die Stickstoff­dioxid-Konzen­tration ist ange­geben, weil Flug­zeug­turbinen große Mengen dieses Gases aus­stossen und daher ähnliche Konzen­trations­verläufe ein weiteres Indiz dafür sein können, dass solche Trieb­werke auch die Quelle für gemes­sene Partikel-Anzahl­konzen­trationen sein könnten.
Tatsäch­lich zeigen beiden Verläufe zumindest ab etwa 18:30 Uhr deutliche Ähn­lich­keiten.

Die Nieder­schlags-Perioden fallen nun mit den Zeiten unter­schied­lichen Ver­haltens der Partikel­größen-Frak­tionen zusammen. Während die kleinsten Partikel (10-20 nm) offen­bar weit­gehend unbeein­flusst bleiben, nehmen die grös­seren Frak­tionen umso stärker ab, je höher der Nieder­schlag wird.

Die Wind­daten zeigen, dass am Nach­mittag eine schwache, am Abend nur noch eine leichte Brise mit gele­gent­lichen mäßigen Böen vor­herrsch­ten. In der Zeit von etwa 19:00 bis 22:00 Uhr schwankte der Wind relativ unbe­ständig um nörd­liche Rich­tungen, während er davor und danach einiger­maßen bestän­dig aus südwest­lichen bzw nordwest­lichen Rich­tungen wehte.
Die lokalen Wind­daten zeigen in der frag­lichen Zeit sogar noch deut­lich grössere Schwan­kungen der Wind­rich­tung bei zu­gleich noch niedri­geren Ge­schwin­digkeiten. Solche lokalen Daten werden übli­cher­weise für Aus­wer­tungen nicht benutzt, weil sie nicht nach den vor­geschrie­benen Stan­dard­ver­fahren ge­messen werden und nicht reprä­senta­tiv für die Region sind. Sie sind hier aller­dings durch­aus von Bedeu­tung, da die Partikel ja die Station er­reichen müssen, um gemes­sen werden zu können, und dabei mit den loka­len Luft­bewe­gungen kon­fron­tiert sind.

Da die emissions-rele­vanten Bereiche auf dem Flug­hafen­gelände mit Ausnahme der Start­bahn West alle mehr als 7 km von der Meß­station entfernt sind, bedeutet das, dass selbst bei den höchsten im betrach­teten Zeit­raum gemes­senen Wind­geschwin­dig­keiten (Böen mit 10 m/s) dort emit­tierte Partikel rund eine Viertel­stunde brauchen, um die Meß­station zu erreichen. Bei durch­schnitt­lichen Geschwin­dig­keiten von weniger als 3 m/s dauert es fast eine Stunde, bis die Teil­chen regis­triert werden. Die Abflug­routen von der Start­bahn West beginnen in ca. 5 km Entfer­nung von der Station und kommen (teil­weise) bis auf etwas über 1 km heran, so dass die Flug­zeiten der Partikel zwischen weniger als 5 und mehr als 30 Minuten schwanken können.

Die statis­tischen Angaben zu den Flug­bewe­gungen zeigen, dass für den aus­gewähl­ten Zeit­raum die betriebs­stärksten Stunden, in denen auch die höchsten Emis­sionen zu erwarten sind, zwischen 19:00 und 20:00 Uhr (48 Flug­bewe­gungen) sowie zwischen 21:00 und 22:00 Uhr (49 Bew.) liegen. Im ersten Fall über­wiegen ein­deutig die Lan­dungen, im zweiten die Starts. Hier ist mit 28 Starts auch der Betrieb auf der Start­bahn West am grössten.
Letz­teres wird aus dem Lärm­diagramm nur unzu­reichend deut­lich, da dort nur 8 Über­flüge erkannt werden. Dafür gibt es vermut­lich im Wesent­lichen zwei Gründe. Der wich­tigste ist, dass von der Start­bahn West drei Abflug­routen abgehen, die nach mehr oder weniger kurzem Gerade­aus­flug nach Westen, Süden und Osten ab­drehen. Die Lärm­meß­station liegt in der Nähe der HLNUG-Meß­station, so dass nur die nach Osten abdre­henden Anflüge wirk­lich dicht heran­kommen und einiger­maßen sicher erfasst werden sollten (siehe dazu die Eingangs­grafik im 'Beitrag', die die Verhält­nisse zwischen 21:00 und 22:00 Uhr dar­stellt).
Zweitens waren aber auch zu Pan­demie­zeiten neben schweren Fracht­maschinen verstärkt kleinere und nicht voll ausge­lastete Passa­gier-Maschinen im Einsatz, die beim Start weniger Lärm verur­sachen und daher u.U. auch nicht sicher als Über­flüge erfasst werden (und natür­lich auch weniger emit­tieren).

Vor diesem Hinter­grund stellt sich die Entwick­lung wie folgt dar:

Für unsere Inter­pretation der Emissions­quellen bedeutet das:

Wir können also wieder­holen:

Was von dem Vorge­tragenen entspricht dagegen "genau der Einschät­zung des HLNUG"?

Die drei oben zitierten Aussagen aus der HLNUG-Stellung­nahme können damit als wider­legt gelten.

Bemerkungen zum 20.09.2021

Diese Bemer­kungen beziehen sich auf unseren Hinweis, dass im Gesamt-Daten­satz des HLNUG zu UFP in Mörfelden einige Extrem­werte auf­fallen, die sehr wahr­schein­lich nichts mit dem Flug­hafen zu tun haben, sondern anderen, lokalen Ereig­nissen zuge­ordnet werden können (was offenbar Konsens ist).
Hinter­grund ist, dass es ein Standard­verfahren der Attri­butions­forschung ist (also des Versuchs, zu vorhan­denen Immissions­daten die wahr­schein­lichsten Quellen zu finden), Daten, die ein­deutig bekannten Quellen zuzu­ordnen sind (oder auch nur mit hinrei­chender Wahr­schein­lich­keit nicht aus den inter­essie­renden Quellen kommen), auszu­sortieren, ehe man den rest­lichen Daten­satz statis­tischen Analysen unter­zieht, um Hinweise auf weitere Quellen zu finden. Dies ist umso wichtiger, wenn es sich um einzelne Extrem­ereig­nisse handelt, die weder den zu unter­suchenden Quellen noch dem stations­typischen Hinter­grund zuzu­ordnen sind.

Im HLNUG fehlt aber offen­sicht­lich das Ver­ständnis für dieses Heran­gehen, wenn so getan wird, als hätten wir vorge­schlagen, Immissions­daten zu fälschen. Wir schliessen daraus, dass die Emis­sionen solcher Ereig­nisse in den HLNUG-Auswer­tungen je nachdem, aus welcher Richtung der Wind kommt, den "Flug­hafen-bedingten Emis­sionen" oder dem "stations­typischen Hinter­grund" zuge­ordnet werden.
Solche Ereig­nisse sind aber relativ selten. Es gibt im gesamten UFP-Daten­satz der Station Mörfelden nur 30 Halb­stunden-Werte über 30.000 Partikel/cm³ für die Grössen­klasse 10-50 nm, und davon entfal­len allein 12 auf eine kurze Periode vom 26.-28.02.21, in der auch andere Para­meter mehr oder weniger deut­liche Anoma­lien zeigen. Wir haben uns aber nicht die Mühe gemacht, diese Fälle weiter zu unter­suchen, denn wir gehen ange­sichts der geringen Zahl nicht davon aus, dass dadurch die Qualität der HLNUG-Auswer­tungen noch weiter verschlech­tert werden könnte.

Plausibilitätskontrolle

Hier ist unklar, worauf sich die Bemer­kungen beziehen. Wir haben in unserem Beitrag den Begriff "Plausi­bilitäts­kontrolle" nicht im Zusam­men­hang mit Einzel­messungen und Geräte­fehlern verwendet, sondern mit Bezug darauf, dass schon eine einfache Über­prüfung der geogra­phischen Zusammen­hänge hätte zeigen müssen, dass das Ergebnis des mathe­matischen Verfah­rens zur Fest­legung des Wind­sektors im Fall der Station Riedberg völlig unplau­sibel ist. Im Fall der Station Mörfelden ist es ähnlich, wenn auch weniger deutlich.

Dass mit üblichen Methoden versucht wird, Geräte­fehler zu identi­fizieren und ggf. zu korri­gieren, haben wir für selbst­verständ­lich gehalten. Dass dies nicht "in Echt­zeit" geschehen kann, ist es eben­falls.
Warum aber für Daten von Stationen, die seit Monaten (oder auch seit Jahren) still­gelegt sind und von denen abschließende Auswer­tungen präsen­tiert werden, nicht ange­geben werden kann, ob diese Prü­fungen abschließend durch­geführt wurden, bleibt wohl ein Geheimnis des HLNUG.

Fazit

Die Stellung­nahme des HLNUG enthält einen Hinweis auf einen Fehler, dessen Korrektur unsere Inter­pretation der Prozesse bei Emission und Immission von Ultra­feinstaub in Flug­hafen­nähe weiter stärkt. Für diesen Hinweis sind wir dankbar.
Ansonsten zeichnet sie sich durch Nicht-Berück­sichtigung oder Nicht-Verstehen unserer Kritiken aus und liefert damit keinerlei Ansatz, die Diskus­sion weiter fort­zusetzen.