Rückgang der Feinstaubbelastung am Bollwerk in Bern während ...

Rückgang der Feinstaubbelastung
am Bollwerk in Bern
Alfred Bürgi
umwelt.forschung.beratung
während der Sperrung für den Privatverkehr
Auftraggeber:
beco
Berner Wirtschaft
Immissionsschutz
Laupenstrasse 22
3011 Bern
Auftragnehmer:
Alfred Bürgi
umwelt.forschung.beratung
Langmauerweg 12
3011 Bern
Bericht Nr. RP/2006/beco/103.1
Autor: Alfred Bürgi
Datum: 17.05.2006
Langmauerweg 12, CH-3011 Bern E-Mail: alfred.buergi@arias.ch Homepage: www.arias.ch
Telefon 031 312 13 32 Fax 031 312 13 33 Mobile 079 675 71 13

1 Zusammenfassung
Der Bericht untersucht den Einfluss der Sperrung des Verkehrs am Bollwerk Bern, bedingt
durch einen Wasserleitungsbruch, auf die Feinstaubbelastung während der Wintersmogperiode
von Ende Januar/ Anfang Februar 2006. Die PM10-Belastungen und die meteorologischen
Daten der Messstationen Bern-Bollwerk, Bern-Brunngasshalde, Ittigen und der beiden
NABEL-Stationen Lausanne und Zürich werden verglichen. Im Vergleich mit der nur 700 m
entfernten Station Brunngasshalde resultiert eine Reduktion der Belastung um 11%, welche
auf die Sperrung des Verkehrs zurückgeführt werden kann. Im Vergleich mit den weiter entfernten
Stationen ergeben sich zwar höhere Reduktionen (25% - 31%), diese sind aber nur
zum Teil eine Folge der Sperrung des Verkehrs und zum übrigen bedingt durch einer Drehung
der Windrichtung in Bern von Nord- auf Südostwind, welche zeitlich mit der Sperrung
zusammenfiel.
2 Einleitung
Ende Januar und Anfangs Februar 2006 herrschte im Schweizer Mittelland, bedingt durch
eine lang andauernde Inversionslage, Wintersmog mit extrem hoher Feinstaubbelastung.
Während dieser Zeit musste in Bern wegen eines Wasserleitungsbruchs eine stark befahrene
Durchgangsstrasse während drei Tagen für den Verkehr gesperrt werden. An derselben
Strasse, knapp 200 m vom Wasserleitungsbruch entfernt, liegt auch die NABEL-Station
Bern. In einem Kurzbericht für den Verkehrs-Club der Schweiz (VCS) wurde der Rückgang
der Belastung aufgrund der Sperrung durch einen Vergleich mit der NABEL-Station Lausanne
abgeschätzt (A. Bürgi, Bericht Nr. RP/2006//VCS/98 vom 7.2.2006). Der so abgeschätzte
Rückgang der PM10-Belastung während der Sperrung des Verkehrs betrug 35%.
Neben diesem unerwartet deutlichen Rückgang fand der Bericht aber auch, dass sich die
Reduktion im wesentlichen auf die ersten zwei Tage der Sperrung beschränkte. Am dritten
Tag war die Belastung praktisch wieder gleich hoch wie bei den anderen Stationen.
Ziel dieses Berichts ist es, die Untersuchung der Feinstaubbelastung während der Verkehrssperrung
anhand von weiteren Daten zu vertiefen. In den Vergleich sollen auch die Daten
der Stationen Bern-Brunngasshalde und Ittigen einbezogen werden, und es sollen auch die
meteorologischen Daten und die Daten der Verkehrszähler ausgewertet werden. Ausserdem
stehen nun von allen Stationen bereinigte Daten zur Verfügung, während der Bericht vom
Februar erst unbereinigte Daten verwenden konnte.
Damit sollen insbesondere folgende Fragen beantwortet werden
● Wie hat sich die PM10-Belastung während der Sperrung im Vergleich mit den anderen
Stationen verändert?
● Wieviel davon ist die Folge der Reduktion des Verkehrs?
● Warum war der beobachtete Rückgang während der ersten beiden Tage der Sperrung
grösser als am dritten Tag?
● Wie häufig ist ein solches Ereignis, an dem die PM10-Werte vielerorts Maximalwerte
erreichen, aber in Bern tiefer liegen als an vergleichbaren Stationen?
Hauptziel des Berichts ist es, an einem konkreten Beispiel zu zeigen, dass eine Verringerung
des Verkehrs tatsächlich zu einer Reduktion der Feinstaubbelastung führt. Wieviel Prozent
Immissionsreduzierung durch eine lokale Reduktion des Verkehrs zu erwarten sind,
könnte man im Prinzip auch durch Modellrechnungen ermitteln, und die dazu nötigen Zahlen
sind bekannt.
Für den Vergleich standen Daten der folgenden Stationen zur Verfügung:
● Stundenmittelwerte der Daten für PM10, NO, NO2 für die NABEL-Stationen Bern-
Bollwerk, Lausanne und Zürich, ausserdem meteorologische Daten und Daten der
Verkehrszähler für die Station Bern-Bollwerk, für die Zeit vom 1.1. - 28.2.2006, zur
3

Verfügung gestellt vom Nationalen Beobachtungsnetz für Luftfremdstoffe NABEL.
● Ebenfalls vom NABEL stand ein Datensatz mit allen Tagesmittelwerten seit Beginn
der PM10-Messung (1997) für die gleichen drei Stationen zur Verfügung.
● Stundenmittelwerte für PM10, NO, NO2 für die Station Bern-Brunngasshalde, zur
Verfügung gestellt vom Amt für Umweltschutz und Lebensmittelkontrolle der Stadt
Bern.
● Stundenmittelwerte für PM10 und meteorologische Daten der Station Ittigen, zur Verfügung
gestellt vom Immissionsschutz des beco.
2.1 Charakterisierung der Messstationen
Die Schadstoffbelastung an einer gegebenen Messstation wird durch viele Faktoren beeinflusst:
● Die Emission von Schadstoffen (sowohl grossräumig als auch lokal)
● Die meteorologischen Bedingungen (Durchlüftung, vertikale Durchmischung, Niederschläge)
● Die Bebauung und Topografie in der Umgebung der Station (beeinflusst die Durchlüftung)
● Chemische Umwandlung von Schadstoffen
Diese Bedingungen sind an allen Messstationen verschieden. Für den Vergleich charakterisiert
man die Stationen nach Standorttypen. Wichtige Kriterien sind dabei die Lage
(Stadt/Agglomeration/Land) und die Nähe zu stark befahrenen Strassen. Für die hier
betrachteten Stationen sind dies die Standorttypen in Tabelle 1.
Station Standorttyp Lage
Bern-Bollwerk Stadt, an Hauptstrasse,
hohes Verkehrsaufkommen
Lausanne (NABEL) Stadt, an Hauptstrasse,
hohes Verkehrsaufkommen
Strassenschlucht, beidseitig
bebaut
ca. 80 km SW von Bern
Zürich (NABEL) Stadt, in Park ca. 100 km ENE von Bern
Bern-Brunngasshalde Stadt, an Strasse, mittleres
Verkehrsaufkommen
Ittigen Agglomeration, an Strasse,
mittleres Verkehrsaufkommen
Tabelle 1: Standorttypen
ca. 700 m E von Bollwerk,
oberhalb Aarehang, einseitig
bebaut
ca. 4 km NE von Bollwerk
4

Jahresmittelwerte PM10
Station Schadstoff Einheit 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Bern Bollwerk, NABEL PM10 µg/m 3 43 40 38 33 32 37 39 33
Lausanne, NABEL PM10 µg/m 3 36 30 29 25 26 27 32 27
Bern, Brunngasshalde PM10 µg/m 3 25 23 24 30 26
Zürich, NABEL PM10 µg/m 3 31 24 25 23 23 26 29 25
Ittigen PM10 µg/m 3 21
Tabelle 2: Jahresmittelwerte der PM10-Messungen aus der Immissionsdatenbank Schweiz für die
Jahre 1997 (Beginn der Messung im NABEL) bis 2004. Die Datenbank enthält noch keine Werte für
2005.
Maximale Tagesmittelwerte PM10
Station Schadstoff Einheit 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Bern Bollwerk, NABEL PM10 µg/m 3 132 143 104 115 79 97 149 91
Lausanne, NABEL PM10 µg/m 3 135 103 84 73 74 86 143 84
Bern, Brunngasshalde PM10 µg/m 3 62 78 89 124 69
Zürich, NABEL PM10 µg/m 3 131 115 109 71 91 105 134 86
Ittigen PM10 µg/m 3 88
Tabelle 3: Maximale Tagesmittel der PM10-Messungen aus der Immissionsdatenbank Schweiz für die
Jahre 1997 (Beginn der Messung im NABEL) bis 2004.
Die Tabelle 2 zeigt die Jahresmittelwerte der PM10 Messung aus der Immissionsdatenbank
Schweiz. Im Mittel über die Jahre 2000 – 2005 beträgt die PM10-Belastung 33 µg/m 3 in
Bern-Bollwerk, gegenüber 25 – 27 µg/m 3 in Lausanne, Bern-Brunngasshalde und Zürich (für
Ittigen steht nur ein einzelner Jahresmittelwert in der Datenbank). Die PM10-Belastung ist
also am Bollwerk um ca. ein Viertel höher als an den anderen Stationen, und am Standort
Bern-Bollwerk wurden fast immer auch die höchsten Tagesmittelwerte gemessen (Tabelle
3). Die höchsten bisher gemessenen Tagesmittelwerte betrugen 149 µg/m 3 (Bollwerk, 2003)
und 143 µg/m 3 (Lausanne, 2003).
3 Situation während der Sperrung.
3.1 Situationsplan
Die Situation am Bollwerk während der Sperrung ist in Abbildung 1 gezeigt. Die NABEL-Station
befindet sich an der Kreuzung Bollwerk-Speichergasse. Dort werden alle gasförmigen
Schadstoffe gemessen. Der Meteomast befindet sich auf dem Dach des SBB-Gebäudes
westlich der Strasse. Wichtig ist der Ort der PM10-Messung: dieser befindet sich ca. 60 m
südlich der eigentlichen NABEL-Station, auf der anderen Strassenseite vor dem SBB-
Gebäude. Der Wasserleitungsbruch ereignete sich noch weiter südlich nahe der Ecke Bollwerk/Neuengasse.
Während ein Teil des Verkehrs auch während der Sperrung an der NABEL-Station vorbei in
die Speichergasse fahren konnte (grüner Pfeil), war der Verkehr direkt vor der PM10-Messung
(roter Pfeil) auf die Busse von Bern-Mobil beschränkt.
5

Meteo-
Mast
PM10
Messung
Abbildung 1: Situationsplan für Bern-Bollwerk (Kartenhintergrund Kopie aus dem Stadtplan Bern, (c)
Media Swiss AG.
3.2 Resultate der Verkehrszähler
Die Verkehrszähler befinden sich auf der Kreuzung vor der NABEL-Station (Bollwerk und
Speichergasse) und messen den gesamten Verkehr auf dieser Kreuzung.
Fahrzeugtyp DTV
1.1. - 28.2.2006
insgesamt
Verkehr offen
NABEL-Station
Verkehr
gesperrt
Wasserleitungsbruch
DTV
31.1. 07:00 – 3.2. 07:00
Bollwerk gesperrt
Veränderung
PW 22561 14600 - 35%
LW 1844 1816 - 2%
Total 24405 16416 - 33%
Tabelle 4: Resultate der Verkehrszähler der NABEL-Station Bern-Bollwerk. DTV: Durchschnittlicher
täglicher Verkehr (Anzahl Fahrzeuge pro Tag).
6

Tabelle 4 zeigt die Resultate der Verkehrszähler. Personenwagen haben während der Sperrung
um 35% abgenommen, während die Zahl der Lastwagen fast gleich blieb. Insgesamt
war der Verkehr um 33% reduziert.
Von den Lastwagen (genauer: schwere Motorfahrzeuge) entfallen etwa die Hälfte auf Busse
von Bern-Mobil. Pro Werktag sind dies im Durchschnitt 922 Busse der Linien 11, 20 und 21.
Normalerweise sind die meisten dieser Busse Trolleybusse (Linien 11 und 20), während der
Sperrung mussten sie aber durch Dieselbusse ersetzt werden.
Nach Angaben von Bernmobil sind noch nicht alle Dieselbusse mit Partikelfiltern ausgerüstet.
Auf der Linie 21 verkehren noch ausschliesslich Busse ohne Partikelfilter. Von den
Gelenkbussen sind noch 14 (von 70) nicht mit Partikelfiltern ausgerüstet. Zumindest zum
Teil könnten also während der Sperrung Trolleybusse durch Dieselbusse ohne Partikelfilter
ersetzt worden sein, da diese vorwiegend als Reserve verwendet werden.
3.3 Verkehrssperrung
Der Wasserleitungsbruch ereignete sich am frühen Morgen des 31.01.2006. In der Folge
musste das Bollwerk von 06:10 bis 07:30 für allen Verkehr gesperrt werden. Ab 07:30 konnten
Busse des öffentlichen Verkehrs wieder einspurig verkehren. In der Nacht vom 31.1. auf
den 1.2. konnte auch der Privatverkehr einspurig verkehren, anschliessend wieder nur
Busse des öffentlichen Verkehrs. Ab dem 3.2. 07:00 war die Strasse wieder für allen Verkehr
offen.
3.4 Verlauf der Feinstaubbelastung
Der Verlauf der PM10-Belastung für die Stationen Bollwerk, Ittigen und Brunngasshalde ist
in Abbildung 2 gezeigt. Die Zeiten der Sperrung für den Privatverkehr sind grau markiert.
Auffällig ist der starke Tagesgang der PM10-Belastung an allen drei Stationen. Vor und nach
der Sperrung findet man die höchsten Spitzenbelastungen für die Station Bollwerk, und zum
Teil in Ittigen, an der Brunngasshalde sind sie meist geringer.
7

PM10 Stundenmittelwerte [μ g/m3]
300
200
100
0
PM10 Bern Bollwerk
PM10 Ittigen
PM10 Bern Brunngasshalde
Sperrung Bollwerk
28.1 29.1 30.1 31.1 1.2 2.2 3.2 4.2 5.2
Zeit (Datum)
Abbildung 2: Verlauf der PM10-Belastung für die Stationen Bollwerk, Ittigen und Brunngasshalde.
Mit Beginn der Sperrung am Morgen des 31.1. stiegen die Werte in Ittigen und an der
Brunngasshalde fast parallel an, während am Bollwerk allenfalls ein schwacher Anstieg stattfand.
Die höchsten Belastungen während der nächsten 48 Stunden findet man fast immer in
Ittigen. Die Werte am Bollwerk sind ab dem Mittag des 31.1. fast gleich wie an der Brunngasshalde,
die typische verkehrsbedingte Mehrbelastung am Bollwerk ist verschwunden.
Am Morgen des 2.2. fing die Belastung in Bern aber wieder an zu steigen und erreichte während
der letzten 24 h der Sperrung fast „normal“ hohe Werte. Ein auffällig starker Rückgang
der Belastung am Bollwerk lässt sich also nur während der ersten beiden Tage der Sperrung
finden; ein analoges Resultat wurde bereits beim Vergleich mit den Stationen Lausanne und
Zürich gefunden. Dieser Vergleich, analog zum ersten Bericht, aber nun mit bereinigen
Daten, ist nochmals in Abbildung 3 gezeigt.
8

PM10 Stundenmittelwerte [μ g/m3]
300
200
100
0
PM10 Bern
PM10 Lausanne
PM10 Zürich
Sperrung Bollwerk
28.1 29.1 30.1 31.1 1.2 2.2 3.2 4.2 5.2
Zeit (Datum)
Abbildung 3: Verlauf der PM10-Belastung an den drei NABEL-Stationen Bern, Lausanne und Zürich.
9

Temperatur
(° C)
Gobalstrahlung
(W/m2 )
Windgeschwindigkeit
(m/s)
Windrichtung
(°)
PM10
(μ g/m3 )
4
2
0
-2
-4
-6
500 -8
400
300
200
100
60
5
4
3
2
1
4000
300
200
100
300 0
200
100
0
Sperrung Bollwerk
Bern Bollwerk
Bern Brunngasshalde
Ittigen
28.1 29.1 30.1 31.1 1.2 2.2 3.2 4.2 5.2
Zeit (Datum)
Abbildung 4: PM10 und Meteodaten für Bern-Bollwerk (rot), Bern Brunngasshalde (grün) und Ittigen
(blau).
10

3.5 Witterungsverlauf
Die Meteodaten für die drei Stationen Bollwerk, Brunngasshalde und Ittigen sind in Abbildung
4 dargestellt. Das unterste Panel zeigt noch einmal die PM10-Belastung. Im zweituntersten
Panel erkennt man deutlich, dass am Morgen des 31.1. fast zeitgleich mit Beginn der
Sperrung an allen drei Stationen der Wind von Richtung Nord nach Südost gedreht hat.
nach zwei Tagen drehte er dann am 2.2. wieder auf Richtung Nord.
Die Winddaten zeigen also einen deutlichen Unterschied in der Windrichtung zwischen den
beiden ersten und dem dritten Tag der Sperrung.
Während der ganzen Dauer der Sperrung ist die Windgeschwindigkeit an allen drei Stationen
sehr gering (kleiner als 2 m/s). Während der ersten Hälfte der Sperrung ist sie an allen
drei Stationen fast gleich, erst in der zweiten Hälfte ist sie in Ittigen deutlich kleiner als an
den beiden Berner Stationen. Die unterschiedlichen Verläufe der PM10-Belastung in Bern-
Bollwerk und Ittigen lassen sich also für den 31.1. und 1.2. eigentlich nicht direkt durch
unterschiedliche Windverhältnisse erklären.
Die Daten für die Globalstrahlung (Bollwerk) zeigen (qualitativ) keinen klaren Unterschied
zwischen den Tagen vor und während der Sperrung. Erst ab dem 3.2. ändert sie sich markant,
offenbar hat hier Bewölkung eingesetzt.
Der Temperaturverlauf (oberstes Panel) ist ebenfalls für alle drei Stationen sehr ähnlich.
Insgesamt zeigen die Meteodaten also ein Drehen der Windrichtung für alle drei Stationen,
hingegen sieht man keine Anzeichen, dass sich dadurch die herrschende Inversionslage
zeitgleich mit Beginn der Sperrung aufgelöst hätte.
270
315
225
Bern-Bollwerk, Wind
Stundenmittelwerte
0
180
Abbildung 5: Windrose für die Station Bern-Bollwerk. Separate Farben für die beiden Tage vor und die
einzelnen drei Tage der Sperrung (jeweils 09:00 bis 09:00).
45
135
90
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 m/s
Windrichtung und -geschwindigkeit
29.01. 09:00 - 31.1. 09:00
31.1. 09:00 - 1.2. 09:00
1.2. 09:00 - 2.2. 09:00
2.2. 09:00 - 3.2. 09:00
11

270
Abbildung 7: Windrose für die Station Bern-Brunngasshalde. Separate Farben für die beiden Tage vor
und die einzelnen drei Tage der Sperrung (jeweils 09:00 bis 09:00).
270
315
225
315
225
Bern-Brunngasshalde, Wind
Stundenmittelwerte
Abbildung 8: Windrose für die Station Ittigen. Separate Farben für die beiden Tage vor und die einzelnen
drei Tage der Sperrung (jeweils 09:00 bis 09:00).
0
180
45
135
90
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 m/s
Windrichtung und -geschwindigkeit
29.01. 09:00 - 31.1. 09:00
31.1. 09:00 - 1.2. 09:00
1.2. 09:00 - 2.2. 09:00
2.2. 09:00 - 3.2. 09:00
Ittigen, Wind
Stundenmittelwerte
0
180
45
135
90
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 m/s
Windrichtung und -geschwindigkeit
29.01. 09:00 - 31.1. 09:00
31.1. 09:00 - 1.2. 09:00
1.2. 09:00 - 2.2. 09:00
2.2. 09:00 - 3.2. 09:00
12

Die Abbildungen 6 bis 8 zeigen die Windrosen für die drei Stationen Bollwerk, Brunngasshalde
und Ittigen. In gelb die beiden Tage vor der Sperrung (Nordwind), in pink und violett
die beiden ersten Tage der Sperrung, und in rot der dritte Tag der Sperrung.
Unterschiede sieht man allenfalls in der Windrichtung vor der Sperrung (Bern: N, Ittigen:
NE), was durch die Topografie erklärbar ist und am dritten Tag, wo die Windgeschwindigkeit
in Ittigen deutlich kleiner ist als in Bern. Sichtbar ist ebenfalls ein Unterschied in der Windrichtung
zwischen Bollwerk und Brunngasshalde bei Nordwind, wo der Wind offenbar dem
Bogen der Aare folgt (Bollwerk: N, Brunngasshalde: NW) bzw. das Bollwerk durch die
Grosse Schanze gegen NW abgeschirmt ist.
Zumindest während den ersten beiden Tage der Sperrung bestehen in Bezug auf die Winddaten
keine grossen Unterschiede zwischen Bern und Ittigen. Da sowohl das Aaretal (Bern)
wie auch das Worblental (Ittigen) gegen Südosten offen sind, sind die Durchlüftungsbedingungen
während dieser zwei Tage an beiden Orten sehr ähnlich.
Die Situation am Bollwerk und an der Brunngasshalde lässt sich nun folgendermassen charakterisieren:
Bei Südostwind sind sowohl das Bollwerk wie auch die Brunngasshalde durch
Gebäude abgeschirmt und somit schlecht durchlüftet. Am Bollwerk zeigt ausserdem die
Windkomponente in Richtung der Strassenschlucht nach Norden, und der Verkehr an der
Kreuzung Bollwerk/Speichergasse liegt windabwärts von der PM10-Messung, die verkehrsbedingten
Emissionen an dieser Kreuzung erreichen die PM10-Messung nicht. Windaufwärts
von der PM10-Messung befinden sich während der Sperrung praktisch keine lokalen
Quellen. Bei Nordwind ändert sich die Situation: Da das Bollwerk gegen Norden offen ist, findet
jetzt wieder Durchlüftung statt, dasselbe gilt auch für die Brunngasshalde. Der auch während
der Sperrung verbleibende Verkehr liegt nun wieder windaufwärts von der PM10-Messung
und die lokal erzeugten Schadstoffe können diese erreichen. Ausserdem liegen bei
Nordwind auch mehrere stark befahrene Strassen direkt windaufwärts von Bollwerk und
Brunngasshalde, so die Lorrainebrücke, die Tiefenaustrasse und der Felsenauviadukt der
Autobahn A1. Bei Südostwind liegen windaufwärts von den beiden Messstationen die verkehrsberuhigte
Altstadt und Wohnquartiere.
13

4 Vergleich der Luftbelastung
4.1 Vergleich der Mittelwerte
PM10
Mittelwert
1.1. - 28.2.
µg/m 3
Sperrung:
Mittelwert
31.1. 09:00 -
3.2. 09:00
µg/m 3
Differenz
( Sperrung -
Mittelwert )
µg/m 3
Faktor
( Sperrung /
Mittelwert )
Bollwerk 67 125 58 1.9
Lausanne 57 156 100 2.8
Zürich 49 143 94 2.9
Brunngasshalde 56 117 61 2.1
Ittigen 52 142 89 2.7
Tabelle 5: Vergleich der Mittelwerte für die Periode Jan.-Feb. 2006 mit dem Wert während der Sperrung.
Die Zahlen sind gerundet, deshalb ist die gerundete Differenz nicht immer gleich der Differenz
der gerundeten Werte.
Die Tabelle 5 zeigt den Vergleich der Mittelwerte der PM10-Belastung an den fünf Stationen.
Berechnet sind einerseits die Mittelwerte für die ganze Periode Januar-Februar 2006 und für
die Sperrung (verschoben um 2-3 Stunden), vom 31.1. 09:00 bis 3.2. 09:00. Die Zeiten
(09:00 – 09:00) wurden so gewählt, dass die Mittelwerte immer über Vielfache von 24 h
gebildet wurden und um einen (plausiblen) Zeitunterschied zwischen einem Rückgang der
Emissionen und einer messbaren Veränderung der Immissionen zu berücksichtigen.
In Bern hat sich die PM10-Belastung während der Sperrung etwa verdoppelt (am Bollwerk
etwas weniger ausgeprägt als an der Brunngasshalde), während sie sich an den anderen
drei Stationen fast verdreifacht hat. Im Vergleich zur ganzen Periode Januar-Februar kann
man also nicht von einem absoluten „Rückgang“ der Feinstaubbelastung sprechen, sondern
nur von einem weniger starken Anstieg als an den Vergleichsstationen. Eine Reduktion der
Belastung am Bollwerk während der Sperrung sieht man also nur im relativen Sinn, wenn
man den relativ schwächeren Anstieg in Bern mit dem stärkeren Anstieg an einer anderen
Station vergleicht.
Für einen solchen Vergleich kann man entweder die Differenzen oder die Faktoren in der
Tabelle 5 verwenden. Eine Reduktion (in diesem relativen Sinne) lässt sich dann definieren
als
Differenz� Bollwerk�−Differenz� Vergleichsstation�
R1 =
Mittelwert Sperrung�Bollwerk�
wenn man den am Bollwerk geringeren Anstieg in Beziehung zum Mittelwert während der
Sperrung setzt, oder als
Faktor �Bollwerk�
R2 =
Faktor �Vergleichsstation�
(1)
−1 (2)
wenn man den Faktor am Bollwerk mit dem Faktor an einer Vergleichsstation in Bezug setzt.
Als Reduktion erhält man dann, je nachdem mit welcher Station man vergleicht und welche
Formel man verwendet, die Werte in Tabelle 6. Die Definitionen in den Formeln (1) und (2)
sind etwas willkürlich, so hätte man z.B. als Vergleichswert im Nenner von R 1 ebenso gut
auch den Mittelwert der Vergleichsstation während der Sperrung nehmen können.
14

Vergleichsstation Reduktion aus Differenz Reduktion aus Faktor
(R1)
(R2)
Lausanne -33% -33%
Zürich -29% -36%
Brunngasshalde: -3% -11%
Ittigen -25% -31%
Tabelle 6: Reduktion der PM10- Belastung berechnet aus Mittelwerten
Im Vergleich zur Station Lausanne erhält man also eine Reduktion um 33%, im Vergleich zu
Ittigen von 25 – 31 %, im Vergleich zur Brunngasshalde nur um 3 – 11 %.
Diese Resultate lassen sich auf zwei Arten interpretieren:
1. Die Reduktion an beiden Berner Stationen ist das Resultat der meteorologischen
Bedingungen. Die geänderten Windverhältnisse haben in Bern frische Luft
gebracht, während an den anderen Stationen die Inversionslage unverändert
blieb.
2. Die Reduktion ist das Ergebnis der Verkehrsreduktion in der Berner Innenstadt.
Durch die Reduktion des Verkehrs in der Innenstadt ist die Luft nicht nur am Bollwerk,
sondern auch an der nur 700 m entfernten Brunngasshalde besser geworden.
Weil es fast windstill war, konnte eine lokale Reduktion der Emissionen sich
sehr stark auswirken.
Für beide Interpretationen lassen sich Argumente finden, die Wahrheit liegt wohl irgendwo
dazwischen.
4.2 Berechnung der Reduktion mittels Regressionsmodell
Die Berechnung der Reduktion mittels der beiden Formeln gibt verschiedene Resultate,
ohne dass man die „Richtigkeit“ für eine der beiden Formeln begründen könnte.
Konkretere Aussagen lassen sich machen, wenn man der Auswertung ein Modell zugrunde
legt. Wir wählen dazu das einfachst mögliche Modell, welches sich folgendermassen formulieren
lässt:
Die PM10-Belastung hat an allen Stationen die gleichen Ursachen. Die Emissionen
und die Modulation durch Ausbreitung, Inversionslagen etc. sind überall gleichartig,
aber je nach Station mehr oder weniger ausgeprägt. Insbesondere verschwinden die
Immissionen auch überall gleichzeitig, wenn die Emissionen verschwinden.
Dies ist ein Modell nullter Ordnung; es ist das einfachst mögliche Modell, mit dem sich die
Belastung an verschiedenen Stationen miteinander vergleichen lässt. Wie jedes Modell ist
es eine grobe Vereinfachung der Realität. Mathematisch bedeutet es, dass die Messwerte
an verschiedenen Stationen zu einander proportional sind; so gilt nach dem Modell etwa für
die Stundenmittelwerte M 1 �t� und M 2 �t� an zwei Stationen 1 und 2 zum Zeitpunkt t eine
lineare Beziehung
M 1 �t�=a 12 M 2 �t� (3)
mit einer Konstanten a 12 für jedes Paar von Stationen. Wenn das Modell streng gelten
würde, würden in einem Diagramm, in der die Mittelwerte der beiden Stationen auf den beiden
Achsen aufgetragen werden, alle Punkte auf einer Geraden durch den Nullpunkt mit
Steigung a 12 liegen. In der Praxis ist das Modell dann anwendbar, wenn die Punkte im Diagramm
gut korreliert sind und die Verteilung im statistischen Mittel durch eine solche Gerade
angenähert werden kann. Wenn hingegen an einer Station die Bedingungen ändern (z.B.
weniger starke Emissionen an Station 1), dann äussert sich das in einem geänderten Koeffizienten
a ' 12 . Mit einem einfachen Regressionsmodell lassen sich dann Aussagen machen,
um welchen Faktor sich die Belastung unter bestimmten Bedingungen geändert hat, und
diese Änderung lässt sich in Prozent ausdrücken. Besonders wichtig ist, dass sich mit einer
linearen Regression nicht nur eine statistische Aussage über die Grösse der Änderung
15

machen lässt, sondern auch eine Abschätzung für den Fehler der so berechneten Grösse.
Damit lässt sich im Nachhinein die Güte des Modells überprüfen: Der Fehler des Resultats
wird genau dann Null, wenn die Punkte tatsächlich auf einer Geraden durch den Ursprung
liegen, und er wird sehr gross, wenn die Punkte nur schlecht durch eine solche Gerade
angenähert werden können. Ein weiterer Test für die Güte des Modells ist die Korrelation
der Datenpunkte, diese muss nahe bei Eins liegen.
Praktisch funktioniert die Anwendung der Methode wie folgt: Wir vergleichen ein Paar von
Stationen und bestimmen aus der Verteilung der Messwerte einen Regressionskoeffizienten
a12 unter „normalen Bedingungen“ (hier: Verkehr am Bollwerk offen) und einen zweiten
Regressionskoeffizienten b12 unter geänderten Bedingungen (hier: Verkehr am Bollwerk
gesperrt). Die relative Änderung R lässt dich dann ausdrücken als
R=� b12 −1�
×100% (4)
a12 Der Fehler von R , �R lässt sich aus den Residuen der Regression bestimmen (die
Berechnung lässt sich einfach mit MS-Excel durchführen). Für die folgenden Resultate wird
ein Konfidenzniveau von 95% (2 � -Fehler) verwendet.
Die Daten für die Regression „Bollwerk gesperrt“ sind die Stundenmittelwerte von PM10 vom
31.1.2006 09:00 – 3.2.2006 09:00 ( um 2 – 3 h verschoben). Als Daten für die Regression
„Bollwerk offen“ verwenden wir alle anderen Stundenmittelwerte aus der Periode 1.1. - 28.2.
2006.
Der Vergleich der Daten von Bollwerk und Brunngasshalde ist in Abbildung 9 gezeigt. Die
Daten für beide Perioden („gesperrt“ und „offen“) sind sehr gut korreliert und liegen nahe an
Geraden durch den Nullpunkt. Die Daten für die ersten beiden Tage und für den dritten Tag
der Sperrung sind in verschiedenen Farben dargestellt. Für die Regressionsgerade wurden
alle drei Tage in gleicher Weise verwendet. Während der meisten Zeit der Sperrung sind die
PM10-Belastungen von Bollwerk und Brunngasshalde fast gleich (nahe der gestrichelten
Diagonale), daneben findet man aber erhöhte Werte am Bollwerk, die auch in Abbildung 2
als Peaks sichtbar sind.
Die Abbildung 10 zeigt den Vergleich von PM10 zwischen Bollwerk und Ittigen. Hier sind die
Punkte schon etwas weniger gut korreliert, insbesondere ist die Näherung mit einer Regressionsgeraden
durch den Nullpunkt für die grünen Punkte nicht mehr so gut, was sich auf die
Unsicherheit der Resultate auswirken wird.
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PM10 Bern Bollwerk[μ g/m 3 ]
300
200
100
0
Stundenmittelwerte PM10
1.1. - 28.2.2006
0 100 200 300
PM10 Bern Brunngasshalde [μ g/m 3 ]
Bollwerk offen
Bollwerk gesperrt, erste 2 Tage
3. Tag Sperrung
Regression (offen)
Regression (gesperrt)
Identität
Abbildung 9: Vergleich der PM10 Belastung am Bollwerk und an der Brunngasshalde. Die Punkte für
die ersten beiden Tage und den dritten Tag der Sperrung sind in separaten Farben gezeigt, sie wurden
aber alle für die Regression (rote Kurve) berücksichtigt. Auf der gestrichelten Diagonale ist die Belastung
an beiden Stationen gleich.
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PM10 Bern Bollwerk [μ g/m 3 ]
300
200
100
0
Stundenmittelwerte PM10
1.1. - 28.2.2006
0 100 200 300
PM10 Ittigen [μ g/m 3 ]
Bollwerk offen
Bollwerk gesperrt, erste 2 Tage
3. Tag Sperrung
Regression (offen)
Regression gesperrt
Abbildung 10: Vergleich der PM10 Belastung am Bollwerk und an der Brunngasshalde. Die Punkte für
die ersten beiden Tage und den dritten Tag der Sperrung sind in separaten Farben gezeigt, sie wurden
aber alle für die Regression (rote Kurve) berücksichtigt.
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Station Vergleich mit Rückgang um
Bollwerk
Brunngasshalde
Korrelation
(geschlossen)
Korrelation
(offen
10.9% ± 2.2% 0.95 0.91
Bollwerk Ittigen 26.1% ± 3.7% 0.72 0.76
Bollwerk Lausanne 31.3% ± 4.7% 0.23 0.77
Brunngasshalde
Ittigen 16.5% ± 3.2% 0.85 0.83
Tabelle 7: Berechneter Rückgang der PM10-Belastung aus dem Vergleich der Stationen Bollwerk mit
Brunngasshalde, Ittigen und Lausanne und der Station Brunngasshalde im Vergleich mit Ittigen. Die
zwei letzten Spalten zeigen die Korrelationskoeffizienten für die Daten der entsprechenden Perioden.
Die Resultate für den Rückgang der PM10-Belastung am Bollwerk während der Sperrung
sind in Tabelle 7 gezeigt, jeweils im Vergleich mit den Stationen Brunngasshalde, Ittigen und
Lausanne. Ebenfalls gezeigt ist der Rückgang an der Brunngasshalde relativ zur Station Ittigen.
Im Vergleich zur Brunngasshalde ist die Belastung am Bollwerk um 11% zurückgegangen,
mit einer Unsicherheit von ± 2%. Relativ zu Ittigen und Lausanne ist der Rückgang deutlich
stärker, im Vergleich mit Lausanne ist er ähnlich hoch wie im ersten Bericht (31% hier
anstatt 35%), der Unterschied zwischen den beiden Resultaten ist die unterschiedliche Vergleichsperiode
(bis 28.2. bzw. nur bis 6.2.) und die Verwendung von bereinigten Daten
anstelle von unbereinigten.
Wieviel von diesem Rückgang ist nun auf die Sperrung des Verkehrs zurückzuführen? Sind
es die 11% im Vergleich zur Brunngasshalde oder die 26% im Vergleich zu Ittigen?
Sicher sind die 11% Rückgang im Vergleich zur Brunngasshalde eine direkte Folge der Verkehrssperrung
am Bollwerk. Dies sieht man sehr deutlich in der Abbildung 2: Mit Beginn der
Sperrung fangen sich die PM10-Werte von Bollwerk und Brunngasshalde an anzunähern.
nach wenigen Stunden sind sie praktisch gleich. Während der Sperrung ist die Belastung
zwar am Bollwerk immer noch etwas höher als an der Brunngasshalde, aber weniger ausgeprägt
als unter „normalen“ Umständen (Abbildung 9). Direkt nach dem Ende der Sperrung
laufen die beiden Kurven dann wieder auseinander, und die Belastung am Bollwerk ist wieder
typisch erhöht gegenüber der Brunngasshalde.
Da Bollwerk und Brunngasshalde nur wenige hundert Meter voneinander entfernt sind,
könnte es auch sein, dass dank der Reduktion des Verkehrs am Bolllwerk auch die Luft an
der Brunngasshalde besser geworden ist. Dies wäre dann möglich, wenn durch die Verkehrsreduktion
am Nadelöhr Bollwerk/Speichergasse der Verkehr in der ganzen Altstadt entsprechend
abgenommen hätte (es gibt nur wenige Einfahrtspunkte für den Verkehr in die
Altstadt, und die Speichergasse ist wahrscheinlich der wichtigste). Im extremsten Fall könnte
dadurch der Verkehr in der Altstadt und an der Brunngasshalde um maximal die gleichen
33% reduziert worden sein wie an der Zufahrt Speichergasse (in Wirklichkeit sicher um sehr
viel weniger). Wollte man nun aber die ganzen 26% Rückgang am Bollwerk im Vergleich zu
Ittigen durch die Sperrung des Bollwerks erklären, dann wäre dies auch der Grund für die
16% Rückgang an der Brunngasshalde im Vergleich zu Ittigen. Diese 16% Rückgang an der
Brunngasshalde wären dann voll verkehrsbedingt, was aber unmöglich der Fall sein kann:
Der Verkehr ist im Durchschnitt für ca. 32% der PM10-Emissionen verantwortlich (NABEL,
Luftbelastung 2004, Schriftenreihe Umwelt 388, BAFU, 2005). Wenn dies wie anzunehmen
auch an der Brunngasshalde der Fall ist, kann aber eine lokale Reduktion des Verkehrs um
(maximal!) einen Drittel auch unter extremsten Annahmen nie eine Reduktion der verkehrsbedingten
Immissionen um die Hälfte (von 32% um 16% auf 16%) bewirken. Der überwie-
19

gende Teil der Reduktion an der Brunngasshalde relativ zu Ittigen muss also sicher den speziellen
meteorologischen Verhältnissen zugeschrieben werden.
Umgekehrt sind die 11% Reduktion am Bollwerk sicher realistisch. Der Anteil des Verkehrs
und auch des lokalen Verkehrs am Bollwerk lässt sich wie folgt abschätzen aus den langjährigen
Mittelwerten (Abschnitt 2.1) für Bollwerk und Brunngasshalde. Wir nehmen dazu an,
dass für die Brunngasshalde die verkehrsbedingten Emissionen dem schweizerischen Mittelwert
von 32% (wie oben zitiert) entsprechen und dass diese Emissionen grossräumig stattfinden.
● Brunngasshalde: Mittelwert 26 µg/m 3 , davon 32% oder 9 µg/m 3 (grossräumig) verkehrsbedingt.
● Bollwerk: Mittelwert 33 µg/m 3 , davon 9 µg/m 3 grossräumig verkehrsbedingt (wie an
der Brunngasshalde) und 7 µg/m 3 (Differenz zur Brunngasshalde) bedingt durch
lokalen Verkehr.
Also sind am Bollwerk 48% der PM10 verkehrsbedingt (16 von 33 µg/m 3 ) und darunter 21%
(7 von 33 µg/m 3 ) lokal verkehrsbedingt. Eine Reduktion um 11% entspricht also etwa dem
halben Anteil der lokalen, verkehrsbedingten Immission, was durchaus plausibel ist. Die
Abschätzung von 48% verkehrsbedingten Emissionen am Bollwerk entspricht im übrigen
auch sehr gut dem Wert von 46%, der im NFP41 (C. Hüglin und R. Gehrig, NFP41 Verkehr
und Umwelt, Anteil des Strassenverkehrs an den PM10 und PM2.5-Immissionen,
BBL/EDMZ, Bern, 2000) für den Standort Bern-Bollwerk gefunden wurde.
4.3 Die Feinstaubperiode vom Januar/Februar 2006
im Vergleich mit Vorjahren
Tagesmittel PM10, in µg/m 3
Datum Bollwerk
Brunngasshalde
Ittigen Lausanne Zürich
29.1.2006 106 90 88 89 84
30.1.2006 140 112 126 113 103
31.1.2006 164 145 174 171 128
1.2.2006 110 94 130 176 165
2.2.2006 113 98 121 131 126
3.2.2006 148 132 147 128 121
4.2.2006 109 97 97 92 105
Maximales Tagesmittel
29.1. - 4.2.
Maximales Tagesmittel
1997 – Ende 2005*
*) Brunngasshalde, Ittigen: bis Ende 2004
164 145 174 176 165
149 124 116 143 134
Tabelle 8: PM10-Tagesmittelwerte während der Wintersmogperiode Ende Januar/Anfang Februar
2006 im Vergleich mit den Maximalwerten seit Beginn der PM10-Messung bis Ende 2005 (bis Ende
2004 für Brunngasshalde und Ittigen, im 2005 dürfte das Maximum nicht höher gewesen sein).
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Die Feinstaubperiode von Ende Januar/ Anfang Februar 2006 war in jeder Beziehung ein
Extremereignis. Durch eine ausgeprägte Inversionslage erreichte die Feinstaubbelastung im
gesamten Schweizer Mittelland Maximalwerte, wie es sie in dieser Höhe seit Beginn der
PM10-Messungen (1997) noch nie gegeben hatte. Tabelle 8 zeigt die PM10-Tagesmittelwerte
für die Woche vom 29.1. bis 4.2.2006 für die beiden Berner Stationen, Ittigen und die
NABEL Stationen Lausanne und Zürich im Vergleich zu den bisher höchsten gemessenen
Tagesmittelwerten. An allen fünf Stationen wurden in dieser Woche die höchsten Tagesmittelwerte
seit Beginn der Messung registriert. Auch am Bollwerk wurde am 31.1. ein Rekordwert
erreicht. Dieser ist das Resultat einer extrem hohen Spitze in den frühen Nachtstunden
noch vor Beginn der Sperrung (Abbildung 2), welche den Rückgang nach Beginn der Sperrung
für den ersten Tagesmittelwert mehr als kompensiert.
Genauso extrem ist aber, dass der Tagesmittelwert am Bollwerk am 1.2. um 60 µg/m 3 tiefer
lag als im Mittel von Lausanne und Zürich, auch eine solche Differenz war seit Beginn der
Messung noch nie beobachtet worden.
Mitten in die extreme Wintersmogperiode fiel dann die Sperrung des Bollwerks aufgrund des
Wasserleitungsbruchs. Der Zufälle nicht genug, haben sich in Bern zeitgleich mit dem
Beginn der Sperrung die Windverhältnisse geändert.
Alle diese extremen Bedingungen und Zufälle erschweren die Auswertung. Eine viel eindeutigere
Antwort, wie stark eine lokale Reduktion der Verkehrs sich auf die PM10-Belastung
auswirkt, sollte aber schon bald möglich sein, und zwar am selben Ort: Während dem
geplanten Umbau des Berner Bahnhofplatzes soll nämlich der Verkehr am Bollwerk während
praktisch einem ganzen Jahr gesperrt werden. Mit einer Vergleichsperiode von einem
Jahr anstatt nur drei Tagen würde dann das Resultat nicht mehr durch einzelne extreme
Ereignisse und meteorologische Zufälligkeiten bestimmt, so dass viel deutlichere Aussagen
gemacht werden könnten.
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5 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
Ziel dieser Studie war, an einem Einzelereignis beispielhaft zu zeigen, wie sich eine Reduktion
des Verkehrs auf die Feinstaubbelastung auswirkt.
Der Rückgang der PM10-Belastung am Bollwerk während der Sperrung betrug 11% relativ
zur Station Brunngasshalde und 26% bzw. 31% relativ zu den Stationen Ittigen und Lausanne.
Der Rückgang von 11% relativ zur Station Brunngasshalde lässt sich nur durch die Reduktion
des Verkehrs erklären. Er wurde dadurch begünstigt, dass während der ersten beiden
Tage der Sperrung der Wind in der Strassenschlucht auch die Emissionen des verbleibenden
Verkehrs in der Speichergasse von der PM10-Messstelle wegwehte und somit die
Reduktion der lokalen Quellen maximal war.
Der stärkere Rückgang relativ zu den Stationen Ittigen und Lausanne erklärt sich zu einem
grossen Teil durch das Drehen des Windes auf Südost während der ersten beiden Tage der
Sperrung. Die beiden Berner Stationen gerieten dadurch in den Einfluss von anderen Quellen:
Bei Nordwind sind es die stark befahrenen Strassen und die Autobahn A1 im Norden,
bei Südostwind sind es die verkehrsberuhigte Altstadt und Wohngebiete, und dies besonders
ausgeprägt am Bollwerk während der Sperrung. Der stärkere Rückgang relativ zu Ittigen
und Lausanne ist also nur zum Teil eine Folge der Verkehrssperrung.
Der Rückgang der PM10-Belastung aufgrund der Reduktion des Verkehrs ist gegeben durch
den Rückgang der Belastung relativ zur Station Brunngasshalde und beträgt 11%. Dies entspricht
etwa einem Viertel der verkehrsbedingten Belastung am Bollwerk, und etwa der
Hälfte der lokal durch den Verkehr erzeugten Belastung. Auch eine lokale Verkehrsreduktion
kann also lokal zu einer deutlichen Verminderung der PM10-Belastung führen. Wie stark sie
sich im Einzelfall auswirkt, hängt ab von den örtlichen Bedingungen und den momentanen
Belüftungsbedingungen.
Das hier ausgewertete Ereignis war in mehrfacher Beziehung ein Extremereignis. Noch nie
waren die PM10-Immissionen so hoch wie während dieser winterlichen Inversionslage.
Umgekehrt waren die Immissionen am Bollwerk aber auch noch nie um soviel tiefer als an
vergleichbaren Stationen (städtische Stationen Lausanne und Zürich) wie am mittleren Tag
der Sperrung. Fast gleichzeitig mit der Sperrung des Verkehrs hat auch der Wind gedreht.
Durch dieses Zusammenfallen von extremen Ereignissen und Zufällen ist die Interpretation
der Daten relativ schwierig.
Wesentlich bessere Resultate könnte man aus der Auswertung der kommenden, fast einjährigen
Sperrung des Bollwerks anlässlich des Umbaus der Berner Bahnhofplatzes erhalten.
Diese Daten gelten dann nicht mehr nur für ein einzelnes Extremereignis und sind auch nicht
mehr abhängig von den Kapriolen der Meteorologie während einer kurzen Periode. Es wird
deshalb vorgeschlagen, diese Studie mit den Daten der einjährigen Sperrung zu wiederholen.
Verdankungen
Für Auskünfte und für die zur Verfügung gestellten Daten möchte ich mich bedanken bei
den Herren R. Weber vom Bundesamt für Umwelt BAFU, H. Bürgy und B. Kohli vom Amt für
Umweltschutz und Lebensmittelkontrolle der Stadt Bern und bei Herrn H.P.Burn vom beco.
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