Feinstaub und Stickoxide

Wiesbaden hat eine Kessellage und hatte somit schon immer Probleme mit der Luft, die wir atmen. Sie kennen sicher, wie schwül oder stickig es hier an manchen Tagen ist. In die Diskussion über die Luft in Wiesbaden sind neue Argumente hinzugekommen: Autoabgase (Stickoxide oder CO₂ aus den Verbrennungsmotoren) und Staub (von Bremsbelägen und Reifen (Feinstaub)).

Zu diesem Thema gibt es viele Aspekte, u.a. die Schummelei auf dem Prüfstand bei der Zulassung der Autos und die Verfolgung dieser Schummelei durch die Strafverfolgungsbehörden in Deutschland und in den USA; aber dazu möchte ich mich hier nicht äussern. Vorangetrieben wird dieses Thema durch die Deutsche Umwelthilfe, aber auch zu dieser Organisation möchte ich hier keine Aussage machen. In der Presse konnte man Stellungnahmen zur Anzahl Toten pro Jahr, verursacht durch die Luft in unseren Städten, lesen; auch dazu kein Wort von mir. Errechnet werden diese Zahlen auf der Basis von Grenzwerten für einzelne Stoffe; sowohl zu den Grenzwerten als auch zur Berechnung möglicher Todesfälle als auch zu Messverfahren und -orten möchte ich mich zurückhalten. Usw.

Zu diesen als auch zu vielen weiteren Punkten finden Sie Informationen im Fernsehen oder in der Presse oder Sie befragen die Suchmaschine Ihres Vertrauens und finden jede Menge Informationen, Bewertungen und Meinungen zu diesen Aspekten.

Ich möchte Ihnen mit diesem Text einige Fakten liefern und Ihnen insbesondere zeigen, wie Sie diese Fakten selbst überprüfen können. In der ersten Hälfte dieses Textes werde ich einen groben Überblick geben und in der zweiten Hälfte Ihnen detailliert zeigen, wie ich an diese Daten gekommen bin und insbesondere, wie ich diese Daten ausgewertet habe.

Dies wird das Ergebnis dieses Textes sein:
Belastungen der Luft in Wiesbaden

Dieses Bild zeigt die Mittelwerte pro Jahr für Stickoxide (NO und NO₂) sowie für Feinstab (PM10 und PM2,5), beginnend mit dem Jahr 2001 bis zum Jahr 2017.

Ich will Ihnen zeigen, wie ich zu diesem Diagramm gekommen bin und Sie dadurch ermutigen, so etwas künftig selbst zu machen.

Werkzeuge

Die Daten liefert mir die hessische Landesregierung, dazu etwas später im Text mehr. Ich habe die Daten geholt und unter Verwendung des Programms LibreOffice (Modul Calc) aufbereitet. Da ich hier an einem Linux-Rechner arbeite, läuft bei mir kein Microsoft Excel, aber mit Excel können Sie diese Schritte auch durchführen.

Die Zwischenschritte als auch das Endergebnis werde ich Ihnen zur Verfügung stellen. Dies geschieht im Format von LibreOffice aber auch im Format von Excel (erzeugt durch die Export-Funktion von LibreOffice). Die Links zu diesen Tabellen folgen später in diesem Text.

Dies alles kann man auch schöner machen als ich es Ihnen hier präsentiere, aber mir geht es nicht um DIE PRÄSENTATION einiger Daten, sondern ich möchte zeigen, wie Sie Aussagen überprüfen können.

Fehler

Bei dieser Verarbeitung können Fehler entstehen. Das kann beginnen mit fehlerhaften Meßwerten (=Eingabedaten für meine Auswertungen), für die ich aber nichts kann. Und es kann weitergehen mit Fehlern in Formeln in den Tabellen, die ich Ihnen später präsentieren werde. Wenn Sie einen Fehler in einer meiner Tabellen finden, bitte ich Sie um einen Hinweis; Sie können dazu die Mailfunktion auf dieser Seite verwenden. Ich werde mir dann meine Tabellen erneut ansehen.

Woher stammen die Daten ?

Das Land Hessen betreibt mehrere Meßstationen, deren Lage Sie sich auf dieser Karte ansehen können: Standorte der Hessischen Luftmessstationen; hier finden Sie Erläuterungen dazu: Das Luftmessnetz Hessen . 3 dieser Meßstationen befinden sich in Wiesbaden: an der Ringkirche, in der Schiersteiner Straße und in Wiesbaden Süd.

Wie komme ich an Daten ?

Ich möchte mich auf die Station an der Ringkirche beschränken. Bei Interesse können Sie die hier beschriebenen Schritte für eine andere Station selbst durchführen.

Auswahl und Download

Auf der Seite Wiesbaden-Ringkirche wählen Sie bitte den Reiter Download aus. Dort habe ich folgende Einstellungen vorgenommen:

Auswahl der gewünschten Daten

Und nach einem Klick auf den Download-Button erschien bei mir am Computer folgende Aufforderung:


Diese Datei WiesbadenRingkirche.zip habe ich dann auf meinem Computer abgespeichert.

Somit hätte ich jetzt die Daten auf der Platte meines Computers.

Inhalt der Datei WiesbadenRingkirche.zip

Die ZIP-Datei enthält 2 Dateien: messwerte.txt (enthält die eigentlichen Daten) und readme.txt (enthält eine Beschreibung). Schauen wir doch einmal in die letztere Datei hinein:

Abfrage von Luftschadstoffwerten bzw. Meteorologischen Daten

Messstation: Wiesbaden-Ringkirche
von: 01.01.2001 00:00 Uhr MEZ
bis: 12.03.2018 24:00 Uhr MEZ
Wertebasis: Tagesmittelwerte

Das Zeichen "-" bedeutet, daß kein Messwert vorhanden ist.

Alle Messwerte sind ohne Gewähr.

Genau diese Daten wollte ich haben. Die eigentliche Daten findet man dann in der Datei messwerte.txt und sie sehen so aus (nur die ersten Zeilen):

Tag;Stickstoffmonoxid (NO)[µg/m³];Stickstoffdioxid (NO2)[µg/m³];Kohlenmonoxid (CO)[mg/m³];PM10[µg/m³];PM2,5[µg/m³];Staub[µg/m³]
01.01.2001;37,4;51,3;0,41;-;-;-
02.01.2001;155,4;68,9;1,88;-;-;-
03.01.2001;111,2;66,5;1,85;-;-;-
04.01.2001;149,8;68,2;2,58;-;-;-
05.01.2001;61,8;62,7;1,50;-;-;-
06.01.2001;56,5;51,9;1,32;-;-;-
07.01.2001;59,1;48,9;1,32;-;-;-
08.01.2001;152,1;63,4;2,34;-;-;-
09.01.2001;148,0;68,2;2,22;-;-;-
10.01.2001;145,4;66,4;2,12;-;-;-
11.01.2001;68,4;47,1;1,17;-;-;-
12.01.2001;56,5;55,0;1,21;-;-;-
13.01.2001;28,7;38,3;0,71;-;-;-
.....

Die Daten sind im sogenannten CSV-Format aufgebaut, beginnend mit einer Überschrift. Danach folgt jeweils eine Zeile pro Tag mit den angeforderten Werten für diesen Tag, wobei ein Minuszeichen das Fehlen eines Meßwertes darstellt.

Das sieht in Ihren Augen schrecklich aus? Keine Angst, das wandle ich gleich in ein besser lesbares Format um

Verarbeitung der Daten

Lassen Sie mich jetzt auf die Schnelle, also unter Überspringen vieler Zwischenschritte, zeigen, wie ich diese Daten weiter verarbeitet habe.

Jetzt kommt das Werkzeug ins Spiel, das den Zahlensalat weiter verarbeiten soll. Als erstes müssen wir die Daten in eine Tabelle einlesen. Dazu gehe ich in meinem Programm Calc (=LibreOffice) in den Dialog zum Öffnen einer Datei und wähle die Datei messwerte.txt aus. Jetzt präsentiert mir das Programm einen Vorschlag, wie es diese Daten einlesen will, wobei ich diesen Vorschlag an einer Stelle (Spalte: Datum) geändert habe:

OK und mach. Das Ergebnis habe ich dann abgespeichert, Sie finden diesen Stand hier: Messwerte1.ods (Version für LibreOffice) bzw hier: Messwerte1.xls (Version für Excel).
Das sieht doch schon mal besser aus als der Auszug weiter oben in diesem Text. Ich musste in der Tabelle nur die Spalte A verbreitern, damit das Datum richtig dargestellt wurde.

Auswertung der Daten

Nun haben wir die Daten in einer Tabelle, aber eigentlich ist dies (immer noch) ein Zahlenfriedhof. Um daraus Aussagen zu gewinnen muß ich ein wenig ausholen.

Die Daten beschreiben Schadstoffe, die an der Ringkirche an der Luft gemessen wurden. Sind diese Stoffe schädlich? Ja und nein, "Die Dosis macht das Gift" soll Paracelsus einmal geschrieben haben. Wo liegt also die Grenze, ab der ein Bestandteil unserer Atemluft nach Meinung der Mediziner kritisch wird?

Grenzwerte

Ich beginne mit Feinstaub, von dem Sie hier 2 Einträge finden: PM10 und PM2,5. Unter PM10 werden die Teilchen erfasst, deren Durchmesser kleiner als 10 Mikrometer beträgt (1 Mikrometer ist ein Tausendstel eines Millimeters). Für PM2,5 liegt diese Grenze bei 2,5 Mikrometer, d.h. diese Teilchen haben nur ein Viertel des Durchmesser eines PM10-Teilchens. Laut Bundesumweltamt liegt die Grenze bei einem Tagesmittelwert von 50 µg/m³. Dieser Wert darf überschritten werden, aber dies sollte nicht öfter als an 35 Tagen im Jahr erfolgen. Und der Mittelwert pro Jahr darf nicht über 40 µg/m³ liegen. Für die feineren Stoffteilchen PM2,5 liegt dieser Grenzwert bei 25 µg/m³ im Jahresmittel.

Für Stickoxide gelten andere Grenzwerte. Hier gibt es einen Grenzwert von 200 µg/m³, der als Mittelwert für eine Stunde die Obergrenze darstellt. Diese Obergrenze darf maximal 18mal innerhalb eines Jahres überschritten werden. Zusätzlich darf der Durchschnittswert pro Jahr nicht über 40 µg/m³ liegen.

Auswertung der Tabelle

Die Daten stehen uns bereits in einer Tabelle zur Verfügung, wie oben beschrieben. Aber nun hätte ich gerne die Zellen entsprechend markiert, die den jeweiligen Grenzwert überschreiten.

Im ersten Schritt habe ich für die Spalten mit den Überschriften Stickstoffmonoxid (=Spalte B), Stickstoffdioxid (NO2) (=Spalte C), PM10 (=Spalte E) und PM2,5 (=Spalte F) meiner Tabelle jene Zellen mit roter Farbe markieren lassen, die über den Tagesgrenzwerten liegen (die Details dazu folgen später in diesem Text). Auf dieser Basis habe ich durchzählen lassen (= Schritt 2), wie oft innerhalb eines Jahres diese Grenzwerte überschritten wurden. Die Ergebnisse finden Sie in den Spalten I bis Q und den Zeilen 4 bis 21, also von I4 bis Q21 der entsprechenden Tabelle.

Im dritten Schritt habe ich aus den Werten des Tagesdurchschnitts einen Jahresdurchschnitt errechnen lassen und die Ergebnisse in einer kleinen Tabelle darstellen lassen, d.h. in den Zellen von I26 bis Q63 finden Sie diese Werte.

Jetzt fehlt nur noch ein Schritt: die Graphik, die Sie im Eingang dieses Textes sehen. Dazu habe ich die Zellen von K26 bis Q42 markiert und daraus eine Graphik erzeugen lassen. Noch ein wenig Arbeit musste ich in die Formatierung dieses Diagramms stecken, damit das obige Bild herauskommt. Fertig.

Und jetzt beginnt Ihre Aufgabe: interpretieren Sie diese Werte. Ziehen Sie bitte Ihre Schlüsse. Machen Sie etwas aus den hier präsentierten Daten.

Trends

Jetzt haben Sie die Daten in einer Tabelle und ich habe Ihnen gezeigt, wie man soweit kommt. Nun dürfen Sie mit Ihren Auswertungen beginnen. Ändern Sie die Grenzwerte oder fügen Sie eigene Formeln hinzu, das ist alles jetzt Ihre Angelegenheit.

Eine mögliche Auswertung möchte ich aber noch vornehmen und Ihnen das Ergebnis hier präsentieren. Wie sieht denn die Schadstoffbelastung in der Tendenz aus? Ich beschränke mich auf den Wert für NO₂:

Sie sehen in dieser Graphik die Kurve für NO₂ und noch eine weitere Linie, eine rote Gerade. Diese Gerade zeigt den Trend, also die Entwicklung des Wertes für NO₂. Die Interpretation und Bewertung des Trends überlasse ich Ihnen.

Die Trendlinie wurde von LibreOffice berechnet, das musste nicht ich machen. Sie erfolgt nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate. Wie schon geschrieben, das Programm kann dies.

Open Data

Die Schadstoffbelastung der Luft an der Ringkirche wird im Auftrag der Landesregierung gemessen. Bezahlt wird dies aus unseren Steuergeldern und somit erwarte ich, daß die Meßergebnisse auch uns Bürgern zur Verfügung gestellt werden. Es ist schließlich unser Geld, das hierfür verwendet wird.

Dies bezeichnet man mit dem Schlagwort Open Data. Dazu schreibt Wikipedia:

Als Open Data (aus englisch open data, wörtlich offene Daten) werden Daten bezeichnet, die von jedermann ohne jegliche Einschränkungen genutzt, weiterverbreitet und weiterverwendet werden dürfen.

Die Forderung danach beruht auf der Annahme, dass frei nutzbare Daten zu mehr Transparenz und Zusammenarbeit führen. Der volkswirtschaftliche Wert offener Daten aus der öffentlichen Verwaltung wurde 2016 von der Konrad-Adenauer-Stiftung auf jährlich 43,1 Milliarden Euro geschätzt. Um die Nachnutzbarkeit zu gewährleisten, werden Freie Lizenzen verwendet. Die Open-Data-Bewegung ist im Umfeld der Wissensallmende anzusiedeln und teilt viele Argumente mit den artverwandten Themen Open Source, Open Content, Open Access und Open Education. Die Bereitstellung offener Daten durch die öffentliche Hand wird als eine Voraussetzung für Open Government angesehen.

Quelle; Artikel zu Open Data in der Wikipedia

Im Punkt Luftmeßstationen wird dies bereits von der Hessischen Landesregierung so gemacht, weshalb ich Ihnen diese Daten hier präsentieren kann. Aber es gibt viele Bereiche, in denen solch eine Offenlegung von Daten möglich ist, aber noch nicht gemacht wird.

Bei der Kommunalwahl in Wiesbaden war die SPD die einzige Partei, die dieses Thema in ihrem Wahlprogramm angesprochen hatte.

Open Data
Wir wollen die Daten, die der Stadtverwaltung zur Verfügung stehen bzw. die sie erstellt, allen Bürgerinnen und Bürgern, zur Nutzung, Weitergabe und Weiterverwendung zur Verfügung stellen. Die Grenzen der Offenlegung der Daten werden durch Gesetze vorgegeben (Datenschutz, Urheberrecht usw.). Schon jetzt werden zahlreiche Daten über das Internet zur Verfügung gestellt, so z.B. der Haushaltsplan der Stadt, Gutachten, sofern dies rechtlich möglich ist, sowie Bebauungspläne, statistische Berichte und vieles mehr. Daran wollen wir festhalten und dort, wo es möglich ist, noch mehr Informationen zur Verfügung stellen. Unser Ziel ist es die Bürgerinnen und Bürger an der Stadtgestaltung zu beteiligen. Mit Open Data soll es möglich sein, Bürgerdienste von Bürgern für Bürger zu schaffen.

Quelle: Programm der SPD zur Kommunalwahl in Wiesbaden 2016

Sie als Bürger und Wähler müssen auf die Umsetzung einer solchen Aussage achten, sofern Sie diese Richtung hin zu Open Data unterstützen. Und darum möchte ich Sie mit diesem Text bitten.

Technik der Aufbereitung der Daten

Der nachfolgende Teil des Textes beschreibt, wie ich die Daten aufbereitet habe. Ich möchte Ihnen damit eine (kurze) Anleitung geben, wie Sie in Ihren eigenen Auswertungen vorgehen können. Die Anleitung bezieht sich auf LibreOffice Modul Calc, in Mirosoft Excel sollte dies ähnlich gehen.

Dies ist keine Anleitung, wie man ein Programm für eine Tabellenkalkulation schreibt.

Im ersten Schritt habe ich wie oben bereits beschrieben die Daten der Meßstation eingelesen. Diesen Stand finden Sie hier: Messwerte1.ods (Version für LibreOffice) bzw hier: Messwerte1.xls (Version für Excel).

Im nächsten Schritt habe ich die Daten übersichtlicher gestaltet, indem ich am Jahreswechsel eine Leerzeile eingefügt und diese entsprechend beschriftet habe. In der Spalte B (=Stickstoffmonoxid)habe ich eine Formel eingetragen, damit Tageswerte, die grösser als 40 µg/m³ sind, entsprechend rot markiert werden. Dazu habe ich die Spalte B markiert und unter Format -> bedingte Formatierung eingetragen: Zellwert ist - größer als - 40. Dazu habe ich eine Vorlage angelegt, die als Hintergrundfarbe ein rot festlegt.
Entsprechend habe ich dies auch für die Spalten C (=Stickstoffdioxid), E (=PM10) und F (=PM2,5)gemacht.
Nun interessieren mich nicht die einzelnen Tage sondern die Anzahl Tage innerhalb eines Jahres, an denen dieser Grenzwert überschritten wurde, d.h. die Anzahl rot markierter Zellen. Dies wird in der Tabelle von I3 bis Q20 dargestellt. Jede Zelle enthält eine Formel, z.B. die Zelle K3 enthält die Formel: zähle im Jahre 2001 die Zellen in der Spalte E, für die der Wert 50 überschritten wurde. Eine solche Formel habe ich für jede Zelle dieser Tabelle im Bereich I3 bis Q20 hinterlegt.
Diesen Stand finden Sie hier: Messwerte2.ods (Version für LibreOffice) bzw hier: Messwerte2.xls (Version für Excel).

Im nächsten Schritt habe ich dies alles noch ein bissel verschönert und eine weitere Tabelle angelegt: von K26 bis Q43 finden Sie die Durchschnittswerte pro Jahr für den entsprechenden Schadstoff.
Als Erläuterung dieser Rechnung möchte ich die Zelle K26 heranziehen. Hinter dieser Zelle finden Sie eine Formel, die in der Spalte E die Einträge für das Jahr 2001 (= pro Zelle der Durchschnittswert eines Schadstoffs für einen Tag) aufsummiert und durch die Anzahl Tage dieses Jahres dividiert.
Hinter jeder Zelle dieser Zusammenfassung finden Sie eine entsprechende Formel.
Diesen Stand finden Sie hier: Messwerte3.ods (Version für LibreOffice) bzw hier: Messwerte3.xls (Version für Excel).

Danach habe ich aus der Zusammenfassung der Jahres-Durchschnittswerte eine Graphik erzeugt, ein Liniendiagramm. Diese Graphik habe ich ein wenig formatiert und dann abgespeichert.
Diesen Stand finden Sie hier: Messwerte4.ods (Version für LibreOffice) bzw hier: Messwerte4.xls (Version für Excel).

Und im letzten Schritt habe ich eine weitere Graphik erzeugt, nur aus den Werten von NO₂. Zu dieser Kurve habe ich dann die Trendlinie bilden lassen.
Diesen Stand finden Sie hier: Messwerte5.ods (Version für LibreOffice) bzw hier: Messwerte5.xls (Version für Excel).

Hinweis auf Copyright

Sie dürfen die Tabellen gerne für eigene Zwecke verwenden, auch verändern, erweitern, ergänzen usw. Allerdings bitte ich Sie um Beachtung folgender Regel: Sie geben an, daß dies die von mir erstellten Tabellen sind, Sie also die Tabellen von diesem Blog haben. Sofern Sie Veränderungen daran vorgenommen haben, weisen Sie darauf hin, daß die Basis die Tabellen von diesem Blog sind, aber durch Ihre Veränderung übernehmen Sie die Verantwortung für die Richtigkeit der Kalkulation.
Vielen Dank.

Sie haben einen Fehler in meinen Tabellen gefunden? Bitte senden Sie mir per Mail eine Beschreibung des Fehlers zu. Ich schau mir das gerne erneut an und korrigiere meine Tabelle auch, sofern notwendig.