Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Nr. 445: Luften på din vej 2.0

Jensen, S.S., Ketzel, M., Khan, J., Valencia, V.H., Brandt, J., Christensen, J.H., Frohn, L.M., Nielsen, O.-K. Plejdrup, M.S., Ellermann, T. (2021): Luften på din vej 2.0. DCE-Nationalt Center for Miljø og Energi, 62 s. - Videnskabelig rapport fra DCE – Nationalt Center for Miljø og Energi nr. 445,  dce2.au.dk/pub/SR445.pdf

Sammenfatning

Baggrund og formål

Luften på din vej er et digitalt Danmarkskort over luftkvaliteten, som er tilgængeligt for alle og som angiver luftkvaliteten for alle adresser i Danmark. Formålet med luftkvalitetskortet er at illustrere den geografiske variation af luftkvalitet i Danmark for udvalgte helbredsrelaterede luftforurenende stoffer. DCE har opdateret luftkvalitetsdata på Luften på din vej, så Danmarkskortet dækker 2019 og har samtidigt udvidet antallet af luftforureningskomponenter. Den nye opdaterede version betegnes Luften på din vej 2.0. Formålet med denne rapport er at beskrive Luften på din vej 2.0.

Luften på din vej er et interaktivt kort, som viser, hvordan luftkvaliteten fordeler sig geografisk i hele Danmark, men også på hver enkelt adresse. Koncentrationen af en række helbredsskadelige stoffer er beregnet med luftkvalitetsmodeller, og luftkvalitetskortet kan ses på hjemmesiden http://luftenpaadinvej.au.dk. Brugerfladen er både på dansk og engelsk.

Den første version af Luften på din vej (nu kaldet 1.0) blev lanceret i 2016 og indeholdt beregnede årsmiddelkoncentrationer for 2012 af NO2 (kvælstofdioxid), PM2,5 (partikler under 2,5 mikrometer) og PM10 (partikler under 10 mikrometer). I Luften på din vej 2.0 med beregninger for 2019 indgår som noget nyt tillige BC (Black Carbon) og partikelantal. Partikelantal er tilnærmelsesvis det samme som ultrafine partikler.

Luften på din vej kan give et fingerpeg om eventuelle overskridelser af grænseværdier for luftkvalitet, men grundet den større usikkerhed på modelberegninger er officielle udmeldinger primært baseret på målinger fra målestationer under Det nationale overvågningsprogram for luftkvalitet, og modeller er et supplerende vurderingsværktøj. Luften på din vej 2.0 indgår i dag i overvågningsprogrammet som et supplerende værktøj til vurdering af luftkvaliteten i Danmark. Vi betegner modellerede overskridelser som indikative overskridelser.

DCE ved Aarhus Universitet har tilvejebragt luftkvalitetsdata på et fagligt forsvarligt grundlag med en beskrivelse af tilhørende usikkerheder. DCE hæfter ikke for fejlinformation som følge af fejl i data ligesom DCE ikke kan gøres ansvarlig for tab eller skader, hverken direkte eller indirekte, som følge af brugen af luftkvalitetsdata. Data har udelukkende vejledende karakter. Data kan alene anvendes til at give brugeren en overordnet vurdering. Det anbefales derfor enhver bruger at indhente yderligere informationer, før brugeren fx iværksætter tiltag på baggrund af forventninger om luftforureningen.

Mulige anvendelser af Luften på din vej er:

  • Vurdering af luftkvaliteten, hvor du bor, arbejder eller uddanner dig i forhold til andre områder
  • Vurdering af luftkvaliteten på institutioner for børn, unge og ældre
  • Vurdering af luftkvaliteten på forskellige steder til støtte i en flyttesituation
  • Få et fingerpeg om luftkvaliteten i forhold til grænseværdier
  • Undervisere kan bruge luftkvalitetskortet i undervisningssammenhæng

Undersøgelsen

Modelsystem

Luftkvaliteten er beregnet med luftkvalitetsmodeller. Disse modeller beskriver matematisk de elementer som indgår. Det drejer sig om emissionen af luftforurening fra forskellige kilder, spredningen heraf, stoffernes kemiske omdannelse og afsætning, indflydelse fra bygninger mv., samt de meteorologiske forhold.

Luftkvaliteten er beregnet med et modelsystem, som betegnes DEHM/UBM/AirGIS og er udviklet af Aarhus Universitet over en længere årrække.

Modelsystemet består af en regional langtransportmodel (DEHM), en baggrundsmodel med høj opløsning (UBM) og en gadeluftkvalitetsmodel (OSPM) med tilhørende meteorologi og emissionsdata mv.:

  • Meteorologiske data, som indgår i alle modellerne, er baseret på den meteorologiske model WRF (Weather, Research and Forecasting).
  • DEHM i kombination med UBM beregner baggrundskoncentrationen.
  • OSPM beregner gadekoncentrationer, hvor baggrundskoncentrationer også indgår.
  • AirGIS anvendes til generering af input om trafik og gadegeometri til OSPM. Dette sker for alle adresser langs med vejnettet i Landstrafikmodellen (LTM) fra DTU Transport, hvor trafikdata stammer fra. Data om rejsehastigheder er baseret på GPS data fra SpeedMap fra Vejdirektoratet. Gadegeometrien bestemmes ud fra vejnettet og bygningsomrids med bygningshøjder for en given adresse.
  • For Danmark anvendes emissionsdata med høj geografisk opløsning på 1x1 km2 (SPREAD model), og for Europa og den øvrige nordlige halvkugle anvendes en række internationale emissionsopgørelser. Data om emissionerne af forurenende stoffer er for danske kilder baseret på den Danske nationale emissionsopgørelse for alle luftforureningerne undtagen partikelantal.
  • I den danske nationale emissionsopgørelse indgår BC som en særskilt komponent af emissionen af PM2,5. BC indgår ligeledes i de internationale emissionsopgørelser. BC er defineret som kulstofholdige partikler, der absorberer lys. Den danske opgørelse af BC baserer sig i vidt omfang på de standardemissionsfaktorer, der er inkluderet i EMEP/EEA Guidebook, og de er oftest defineret som en fraktion af emissionen af PM2,5. BC blev først inkluderet i EMEP/EEA Guidebook i 2013, og der er i mange tilfælde gjort den tilnærmelse, at BC kan antages at være lig med EC (Elementært kulstof), pga. manglende måledata for BC.
  • Partikelantal indgår ikke i den officielle nationale emissionsopgørelse og heller ikke i de officielle internationale emissionsopgørelser, da det ikke er et krav, at der skal foretages emissionsopgørelser for partikelantal. I forbindelse med et forskningsprojekt om sammenhængen mellem partikelantal og helbredseffekter for perioden 1979-2018, har Aarhus Universitet implementeret partikelantal i modellerne DEHM, UBM og OSPM. Det er første gang, at der præsenteres beregninger af partikelantal.

Output fra modelsystemet er i teorien partikler med en størrelse på ca. 10-1000 nm, som vi her betegner partikelantal. Enheden ”nm” er nanometer, og er en milliardtedel af en meter. Enheden for koncentrationen af partikelantal er antal pr. cm3. Når partikelantal måles er det målte antal meget følsomt over for afskæringspunkterne især i den lave ende af spektret. Modelleret partikelantal er derfor også sammenlignet med målinger af antallet af partikler med et nedre afskæringspunkt på omkring 10 nm.

Validering af modelsystem

Beregningerne er sammenlignet med målinger fra det nationale overvågningsprogram for luftkvalitet for at vurdere usikkerheden på modelberegningerne i 2019, og begrænsninger i anvendelse af beregningsresultaterne er kort diskuteret for forskellige situationer og kilder.

Luftkvalitetskort i 2019

Luftkvaliteten i 2019 for hhv. baggrundskoncentrationer og gadekoncentrationer for NO2, PM2,5, PM10, BC (Black Carbon) og partikelantal er illustreret på kort og beskrevet statistisk.

Indikative overskridelser af grænseværdien for NO2 i 2019

Der er foretaget en detaljeret analyse af beregnede indikative overskridelser af grænseværdien for NO2 i 2019 (LPDV 2.0), og udviklingen siden 2012 (LPDV 1.0) i antal overskridelser er også beskrevet.

Hovedkonklusioner

Validering af modelsystem i 2019

Modelberegninger i overvågningsprogrammet (NOVANA) samt modelberegninger i Luften på din vej (LPDV) er sammenlignet med målinger i overvågningsprogrammet. Modelberegningerne i overvågningsprogrammet er for gadestationerne baseret på trafikoplysningerne indhentet fra kommunerne for de pågældende gader, som vurderes at have mindre usikkerhed end data fra Landstrafikmodellen. Som en del af overvågningsprogrammet foretages modelberegninger hvert år for omkring 100 gader i København og 30 gader i Aalborg. For modelberegninger i LPDV er der taget det nærmeste adressepunkt til at repræsentere placering af gademålestationerne, og trafikniveauer er fra Landstrafikmodellen.

NO2
Sammenligning mellem overvågningsprogrammets modelsystem og målinger for NO2-koncentrationerne for 2019 viser en overestimering på 17%-18% for tre ud af fire gadestationer i overvågningsprogrammet. For den fjerde station, Odense, er overestimeringen på 67% ligesom den også i foregående år har været signifikant overestimeret. De modellerede NO2-koncentrationer er også overestimeret på baggrundsstationerne.

I LPDV modelleres samme NO2-koncentrationer som i overvågningsprogrammet for H.C. Andersens Boulevard og Jagtvej i København, men i Aarhus modelleres samme niveau som målingerne og i Odense er overestimeringen kun 27%.

I tilfældet med gadestationen i Aarhus er modelresultaterne i LPDV på samme niveau som målingerne, men inputdata til modelen er delvis ukorrekt, men kompenserer hinanden. Lidt mere trafik, lidt lavere rejsehastighed og højere baggrundsniveau giver alt andet lige højere modellerede koncentrationer, mens lavere busandel giver lavere koncentrationer. Kombinationen af dette gør, at det modellerede niveau ender på 23 µg/m3 ligesom målingerne.

Grunden til at overestimeringen i LPDV for gadestationen i Odense er mindre end i overvågningsprogrammet er ligeledes en kombination af forskelle i inputdata.

Modelsystemet har således en tendens til at overestimere noget for NO2 i forhold til målingerne.

PM2,5 og PM10

For PM2,5 ligger modelresultaterne for LPDV mellem -8% og 8% for gadestationerne og for baggrundsstationer ligger modelresultaterne mellem -10% og 5% fra målingerne. For PM10 underestimerer modelresultaterne lidt fra -13% til 0% for gadestationerne og for baggrundsstationerne ligger modelresultaterne mellem -10% til 0%.

Modelsystemet rammer niveauet af målinger for både gadekoncentrationer og baggrundskoncentrationer ganske tilfredsstillende for PM2,5 og PM10.

BC

Der gennemføres ikke modelberegninger af BC i overvågningsprogrammet. BC måles ikke direkte i overvågningsprogrammet, men EC (Elementært kulstof) måles, som kan anvendes som en indikator for BC. Modelberegningerne i Luften på din vej er kun 7% over EC målingerne for H.C. Andersens Boulevard i København, mens modelresultaterne afviger fra målte koncentrationer fra -6% til 38% for baggrundsstationerne. En tidligere mere detaljeret analyse af sammenhængen mellem beregninger af BC-baggrundskoncentrationer og målt EC fra 2010 til 2019, viser at DEHM/UBM er i stand at reproducere udviklingstendenser over tid med faldende koncentrationer samt sæsonvariationen inden for et år.

Trods god sammenhæng mellem beregninger og målinger vurderes der fortsat at være betydelig usikkerhed på modelresultaterne, da der er usikkerhed i emissionsopgørelsen og usikkerhed om i hvilken grad målte EC repræsenterer BC.

Partikelantal

De seneste tilgængelige målinger af partikelantal over 10 nm, som modelresultaterne er sammenlignelige med, er fra 2016. Modelsystemet underestimerer med omkring 20% for H.C. Andersens Boulevard i København, og overestimerer meget for baggrundsstationerne, mellem 135% og 211%. Det betyder, at det modellerede gadebidrag er meget mindre end, hvad målingerne tilsiger. Gadebidraget er forskellen mellem gadekoncentrationen på H.C. Andersens Boulevard og baggrundskoncentrationen på H.C. Ørsted Instituttet.

De modellerede baggrundskoncentrationer er således overestimeret, hvilket påvirker alle adresser i Danmark, og forskellen mellem baggrund og trafikerede gader er for lille. Der er derfor stor usikkerhed på de modellerende partikelantal i LPDV.

Begrænsninger

Der er en række kilder i modelsystemet, som ikke er så detaljeret beskrevet. Det drejer sig om luftforurening fra trafik på motorveje, togtrafik, brændeovne og mindre industrikilder. Modelsystemet beregner for lave koncentrationer ved boliger tæt på motorveje inden for omkring 200 m. Det samme gør sig gældende for boliger langs tognettet med dieseltog, hvor emissionen dog er langt lavere end fra motorveje. Bidraget fra brændeovne indgår også på en gennemsnitlig måde, da bidraget beregnes på baggrund af emissionen fra brændeovne inden for en kvadratkilometer. Det betyder, at bidraget fra brændeovne er mere udjævnet end man kan forvente i virkeligheden, da bidraget fra hver enkelt kilde ikke modelleres separat. Det samme gælder for mindre industrikilder.

Modelleret luftkvalitet i 2019

I rapporten er der præsenteret kort over den geografiske variation for hhv. baggrundskoncentrationer og gadekoncentrationer for de fem luftforurenende stoffer for 2019. Endvidere er den statistiske variation beskrevet for de fem luftforureninger. Dette gøres som histogrammer, hvor antallet af adresser, som ligger i forskellige koncentrationsintervaller er vist.

Den geografiske variation er forskellig for de forskellige stoffer, og afhænger af, hvor betydningsfuld den regionale baggrundsforurening er, og hvilke kilder i Danmark, som er betydningsfulde, og deres geografiske variation.

NO2

Ud over et reginalt bidrag, har lokale kilder tydelig indvirkning på den geografiske fordeling af baggrundskoncentrationer af NO2 over land- og havområder. Vejtrafikkens bidrag ses klart som forhøjede koncentrationer i de større byer og langs store transportkorridorer. Skibsruterne med international skibstrafik gennem Storebælt og Kattegat sætter også sit tydelige præg med høje koncentrationer. Sidstnævnte giver også anledning til forhøjede koncentrationer i de tilstødende kystnære landområder. Effekten af emissioner fra Molslinjen mellem Aarhus og Odden ses også tydelig.

Vejtrafikkens bidrag til den geografiske variation er tydelig med forhøjede gadekoncentrationer i de større byer og langs store transportkorridorer.

PM2,5

Den geografiske fordeling af baggrundskoncentrationer af PM2,5 har et andet mønster end NO2, da der er en tydelig gradient fra syd til nord med højere PM2,5-koncentrationer i det sydlige Danmark end i det nordlige Danmark. Dette skyldes, at PM2,5-koncentrationer er domineret af regional baggrundsforurening fra Vest- og Centraleuropa.

Gradienten fra syd til nord genfindes også i gadekoncentrationerne af PM2,5, men bidrag fra trafikerede gader ses også.

PM10

Den geografiske fordeling af baggrundskoncentrationer af PM10 er tydeligt påvirket af bidrag af havsalt fra havsprøjt. Dette ses som høje PM10-koncentrationer på Vestkysten af Jylland og i mindre grad på de vestlige kyster af øerne i de indre farvande. Dette skyldes den dominerende vestenvind. Der er også generelt høje koncentrationer i havområderne men aftagende fra Vesterhavet til Østersøen. Den samme gradient fra syd til nord som for PM2,5 er til dels også synligt for PM10, da PM2,5 er en del af PM10.

Den geografiske variation af gadekoncentrationer af PM10 er præget af variationen i baggrundskoncentrationerne, men bidrag fra vejtrafik viser sig også som højere koncentrationer i især de større byer.

BC

Ud over et reginalt bidrag er den geografiske fordeling af baggrundskoncentrationer af BC domineret af forbrændingskilder fra vejtrafik, brændeovne, og kraftværker, men også i et vist omfang fra skibstrafik. Forhøjede koncentrationer forekommer i og omkring de større byer.

Detaljeret analyse viser, at de højeste BC-koncentrationer forekommer lokalt omkring kraftværker eller store industrivirksomheder som Aalborg Portland. Det vil kræve mere detaljerede beregninger, fx med OML-modellen, for at evaluere, om UBM beregner bidraget fra disse kilder korrekt.

Baggrundskoncentrationerne har tydelig indflydelse på den geografiske variation af gadekoncentrationer, men herudover forekommer der også forhøjede BC-koncentrationer på trafikerede veje, ligesom brændeovne lokalt kan spille en betydelig rolle for forhøjede BC-koncentrationer.

Partikelantal

Den geografiske variation af baggrundskoncentrationen af partikelantal følger i høj grad den geografiske variation af NO2 og til dels BC. Vigtige kilder er skibstrafik, brændeovne, vejtrafik, og kraftværker.

Den geografiske variation af baggrundskoncentrationerne betyder meget for variationen i gadekoncentrationerne, men det er også tydeligt, at der er forhøjede koncentrationer langs trafikerede veje.

Der er væsentlig usikkerhed på både niveauet og den geografiske fordeling, da modelsystemet overestimerer i baggrundsbidraget og underestimerer gadebidraget i forhold til målingerne. Der er derfor mindre geografisk variation i det modellerede partikelantal end målinger viser.

Sammenligning med grænseværdier

Beregnede koncentrationer er sammenlignet med grænseværdier og WHO’s retningslinjer for luftkvalitet.

EU’s grænseværdier er gældende lovgivning i Danmark via implementering i danske bekendtgørelser. Miljøministeriet/Miljøstyrelsen har ansvaret for at grænseværdierne overholdes. Grænseværdien for NO2 er 40 μg/m3, 25 μg/m3 for PM2,5, og 40 μg/m3 for PM10. Da grænseværdien er defineret som et heltal, vil der være en overskridelse ved fx værdien 40,5 µg/m3 for NO2.

Verdenssundhedsorganisation (WHO) har fremsat nogle retningslinjer for luftkvalitet (air quality guidelines). Disse retningslinjer er ikke juridisk bindende. WHO’s retningslinjer er omkring 40% af EU’s grænseværdier for PM2,5 (dvs. 10 μg/m3) og halvdelen for PM10 (dvs. 20 μg/m3), mens de er ens for NO2 (40 μg/m3).

Da der kan være stor usikkerhed på de beregnede luftkoncentrationer og modelberegninger kun indgår som et supplerende værktøj til vurdering af luftkvaliteten, så kalder vi de beregnede overskridelser for indikative.

Der er ingen grænseværdier for BC og partikelantal.

PM2,5

Beregnede niveauer er væsentligt under grænseværdien for årsmiddel af PM2,5 på 25 µg/m3. WHO’s retningslinjer for PM2,5 på 10 µg/m3 er overskridet på mange adresser.

PM10

Beregnede niveauer er væsentligt under grænseværdien på 40 µg/m3 som årsmiddel for PM10. WHO’s retningslinjer for PM10 er 20 µg/m3, som overskrides på en del adresser.

NO2

Grænseværdien for NO2 som årsmiddelværdi er 40 µg/m3. WHO’s retningslinjer for luftkvalitet er ligeledes 40 µg/m3.

I 2019 er der i alt 27 adresser, som overstiger værdien 40,5 µg/m3, og er dermed indikative overskridelser af grænseværdien.

Ud af de 27 indikative overskridelser af grænseværdien for NO2 er der 24 i København og 3 i Aarhus.

Detaljeret analyse viser, at trafikniveauet i Landstrafikmodellen og den beregnede gadegeometri i langt de fleste tilfælde vurderes at være repræsentativ for de faktiske forhold. Men da modelsystemet overestimerer NO2, er det sandsynligt, at der ikke er tale om reelle overskridelser af grænseværdien på strækningerne, men dog høje koncentrationer.

I Luften på din vej 1.0 blev der for 2012 beregnet 1.123 indikative overskridelser af grænseværdien for NO2. Der forekom overskridelser i København og omegn, Aarhus og Aalborg i 2012.

I 2019 er beregnet 24 indikative overskridelser i København og 3 indikative overskridelser i Aarhus. Antallet af indikative overskridelser er således faldet drastisk fra 2012 til 2019. Endvidere er den beregnede maksimale koncentration også faldet fra 64,6 µg/m3 til 47,6 µg/m3.

Faldet i de modellerede koncentrationer og dermed også i antallet af beregnede indikative overskridelser er i overensstemmelse med det generelle fald i målte NO2-koncentrationer på målestationerne i overvågningsprogrammet for luftkvalitet i Danmark.