Analyse der Messungen zur nassen Deposition seit 1983 : Zeitliche Trends und Saisonalität sowien regionale Unterschiede

Abstract

Die mittlerweile über dreißigjährige Untersuchung der nassen Deposition hinsichtlich der Ionen Cl-, NO3-, SO42-, Na+, K+, NH4+, Mg2+ und Ca2+ ermöglicht eine detaillierte Untersuchung auf zeitliche Trends und Saisonalität der Konzentrationswerte in den Niederschlagsproben und des Stoffeintrags. Leitfähigkeit und pH-Wert der mittels WADOS Wet And Dry Only Sampler gesammelten Niederschlagsproben wurden ebenso bestimmt und zur Bestimmung der Qualität des Datensatzes herangezogen. Die so über einen Zeitraum von 30 Jahren erhaltenen Datensätze von 12 Stationen aus Niederösterreich, Salzburg, Steiermark und Tirol werden in dieser Arbeit statistisch Untersucht. Für die Trendanalyse, die Untersuchung der Saisonalität und der Ermittlung von regionalen Zusammengehörigkeiten werden unterschiedliche statistische Methoden getestet. Konzentrations- und Depositionswerte werden mittels Kendall's Tau auf signifikante zeitliche Veränderung hin untersucht. Zeigt sich ein signifikanter Trend wird der Theil-Sen's-Estimator angewendet um die Zu- bzw. Abnahme zu quantifizieren. Bei der Betrachtung des Trends wird besonderes Augenmerk auf Sulfat und die Stickstoffkomponenten Ammonium und Nitrat gelegt. Dabei zeigt sich sowohl für die Konzentration als auch die Deposition eine signifikante Abnahme von Sulfat für 10 von 12 Stationen. Auch Nitrat und Ammonium zeigen häufig eine Abnahme für die Konzentration - durch den Einfluss des Niederschlagsmenge zeigen jedoch weniger Stationen eine signifikante Abnahme von Ammonium- und Nitrat-Stickstoff in der Deposition. Die Fourier-Transformation wird auf die Daten der Monatsmittelwerte angewendet um ein mögliche jährlich wiederkehrende Schwankung in Konzentration und Deposition statistisch zu belegen. Hinsichtlich Konzentration zeigen vor allem Sulfat, Nitrat und Ammonium eine Saisonalität mit dem Maximum zwischen den Monaten Februar und August. Durch die Saisonalität des Niederschlags wird auch für die Ionen Kalzium, Chlorid, Kalium, Magnesium und Natrium, die eigentlich in unregelmäßig wiederkehrenden Episoden eingetragen werden, häufiger eine Saisonalität nachgewiesen. Die Depositionsmaxima von Sulfat, Nitrat und Ammonium finden sich zwischen den Monaten Mai und Juli. Ob die, durch die unterschiedlichen Untersuchungen erhaltenen Ergebnisse durch regionale Einflüsse geprägt sind - sie somit örtlich gruppiert werden können - wird durch Auftragung der Ergebnisse auf der Österreich-Karte geprüft. Die Saisonalität von Sulfat, Nitrat und Ammonium ist sowohl für die Deposition als auch die Konzentration geringer an den nordöstlichen als den südwestlichen Stationen.

Over a time series of up to 30 years precipitation in Austria was collected on daily bases using the WADOS ¿Wet And Dry Only Sampler¿. The chemical analysis of the precipitation samples comprises the ion concentrations of Cl-, NO3-, SO42-, Na+, K+, NH4+, Mg2+ and Ca2+ and also pH and electrical conductivity. To confirm the quality of the analysis pH and conductivity were also used to calculate the ion and conductivity balance. This datasets allow to investigate long therm temporal trends, seasonality and spatial differences. Therefore differents statistical methods were tested. In this diploma thesis wet deposition datasets from 12 sites all-over Austria (Lower Austria, Salzburg, Styra and Tyrol) were evaluated statistically. Using Kendall's Tau the annual mean values of concentration and deposition were analyzed for significant temporal decrease or increase. Is a significant change in concentration or deposition shown, the Theil-Sen's-Estimator is used to quantify the respective effect. The main focus regarding temporal trends lies on the ions sulfate, ammonium and nitrate. Sulfate shows a significant decrease in concentration and also deposition at 10 of 12 sites over the investigation period. For the nitrogen compounds ammonium and nitrate a significant decrease in concentration is calculated for more than half of the sites. In contrast, the deposition data shows a significant change for only three out of 12 sites. Fourier transformation was permored on the monthly mean datasets to investigate the possibility of periodically variations on annual basis. Regarding concentration seasonality is mainly shown for the ions sulfate, ammonium and nitrate with the maxima mainly observed in spring. Also for the precipitation amounts seasonality is confirmed for nearly every site investigated. Hence, the deposition loads show annual cycles for more datasets, e.g. for the episodic ions chloride, calcium, potassium, magnesium and nitrate. Compared to the concentration maxima the deposition load maxima is shifted to early summer, due to the higher precipitation amounts obtained during that season. The results of temporal trend and seasonality are also illustrated by plotting them on a map of Austria. Thereby spatial differences or similarities can be recognised. The ammonium deposition loads only show significant decreases at sampling points north of the main alpine ridge. Decreasing trends for nitrate deposition loads are preferentaly found at sampling sites in the western part of Austria. The seasonality of sulfate, nitrate and ammonium in concentration as well as deposition is found for the south-western sites but nearly not observed for the north-eastern sites.