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This thesis describes the development of a methodology to determine large-scale and meso-scale atmospheric dispersion patterns. The research is only concerned with outdoor exposure to atmospheric pollutants and aims to identify pollution sources using dispersion modelling with the assistance of ground level measurements from British, French and other monitoring stations and remote sensing technology. Lagrangian Particle Dispersion (LPD) models compute trajectories of a large number of notional particles and can be used to numerically simulate the dispersion of a pollutant (passive tracer) in the planetary boundary layer. Two widely used atmospheric dispersion models were employed: the Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model by R. Draxler, and the model FLEXPART by Stohl et al. Both models possess forward tracking and inverse (or receptor-based) modes. Meteorological data output from the PSU/NCAR Mesoscale model (known as MM5), or datasets from the European Centre of Medium-range Weather Forecast (ECMWF) are used to drive the dispersion models. Linkage routines were developed to interpret the LPD codes with the required meteorological information. This study aims to determine whether current approaches and practice for atmospheric dispersion modelling are reliable, consistent and up-to-date. An intercomparison of the models FLEXPART and HYSPLIT is performed for known episodes to determine their accuracy, ease of use, effect of source specification and to investigate their sensitivity to input data and mesh resolution, and in particular the effect of different model formulations and assumptions followed by the models. The possibility of identifying emission sources in the near and far field is investigated, by modelling dispersion backwards in time, in particular the discrimination of multiple sources from receptor data is discussed. The effect of meteorological data resolution on the output of LPD models was evaluated and the most suitable methodology for better source definition was determined for different modelling scales, ranging from the intercontinental transport of airborne pollutants to simulating pollution episodes caused by local sources.

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As part of an effort to be a world leader in international efforts in reducing atmospheric carbon dioxide levels, the UK Government has set itself ambitious targets to reduce carbon dioxide emissions by 80% relative to 1990 levels by 2050. To meet this target, there is a strong emphasis in reducing carbon emissions from the domestic sector through the reduction of energy consumption in UK households by improving the energy efficiency of the housing stock, and the behaviours of the occupants. The Department of Energy and Climate Change have indicated that Local Authorities in England are potentially to work in partnership with businesses and community organizations to facilitate delivery; and as a promoter of domestic energy efficiency policies. Consultation with 11 Local Authorities across England confirmed that they are lacking a reliable mechanism that can detect areas within their administrative boundaries that are most in need of intervention to improve the energy efficiency of the housing stock. For the year 2008 the regression models demonstrate that geographical variations in the size of the house, median household income, and air temperature account for 64% of the variation in English domestic gas consumption, and that variations in the size of the house, median household income, and proportion of households connected to the national gas grid account for 73% of the variation in domestic electricity consumption. The predicted values from these regression models serve as benchmarks of domestic gas and electricity consumption in England having accounted for household income, house size, house type, tenure, and climatic differences and could be used to identify areas within Local Authorities with higher than expected energy consumption for energy efficiency interventions. These results contribute to the wider academic debate over how best to achieve the overall aims of household CO2 reductions by moving beyond a purely technical or behavioural-based approach to reducing domestic energy consumption.

Die Einführung der Umweltzone in Leipzig wird durch Messungen an Luftmessstationen wissenschaftlich begleitet. Neben den gesetzlich vorgegebenen Schadstoffen werden erstmalig Ruß und ultrafeine Partikel überwacht. Der dritte Teil der Berichterstattung dokumentiert die Ergebnisse bis 2013. Die Umweltzone bewirkte eine beschleunigte Modernisierung der Fahrzeugflotte in der Stadt. In verkehrsnaher Außenluft wurden ein deutlicher Rückgang von Ruß und ultrafeinen Partikeln und eine Stagnation von Stickoxiden nachgewiesen. Erfolgreich wurden die hochtoxischen Bestandteile im Feinstaub gemindert.

In Leipzig wurde erstmalig durch ergänzende wissenschaftliche Messungen von Ruß und ultrafeinen Partikeln an Luftmessstationen nachgewiesen, welche Auswirkungen eine Umweltzone auf die Luftqualität hat. Die modernisierte Fahrzeugflotte in der Umweltzone verursachte einen deutlichen Rückgang von lungengängigen Verbrennungspartikeln in straßennaher Außenluft. Verbesserungen für Stickstoffoxide gab es nicht. Durch Minderung der hoch toxischen Bestandteile im Feinstaub wurde ein Beitrag zur Senkung des Gesundheitsrisikos der Bevölkerung geleistet.

Mit Einführung der Umweltzone 2011 erfolgte eine beschleunigte Modernisierung der Fahrzeugflotte in Leipzig gegenüber anderen Regionen in Sachsen. Die Belastung durch Verbrennungspartikel aus der modernisierten Fahrzeugflotte reduzierte sich sehr deutlich. Die Reduzierung war im ersten Jahr der Umweltzone am stärksten. Nach sechs Jahren wurde eine Minderung für die Anzahl der Partikel von 30 bis 200 nm um 74 % und für Ruß-Partikel BC um 59 % nachgewiesen. Dies dokumentiert den Erfolg der Partikelfilter in modernen Dieselfahrzeugen beim realen Fahren in der Stadt. Der hochtoxische Feinstaubanteil in der Außenluft und damit das Gesundheitsrisiko der Bevölkerung wurden sehr deutlich gesenkt. Die Umweltzone war damit eine sinnvolle und wirkungsvolle Maßnahme der Stadtverwaltung. Gleichzeitig trat keine Verbesserung für die Stickstoffoxide durch die modernste Fahrzeugflotte Sachsens ein. Die Dieselfahrzeuge gelten als die Hauptverursacher. Der Misserfolg in der Minderung der Stickoxide moderner Diesel-PKW beim realen Fahren in der Stadt trotz verschärfter EURO-Abgasnormen wurde dokumentiert. Über die tatsächlichen Emissionen moderner Diesel-PKW wurden Bürger und Stadtverwaltung von Autoherstellern getäuscht.

Mit Einführung der Umweltzone 2011 erfolgte eine beschleunigte Modernisierung der Fahrzeugflotte in Leipzig gegenüber anderen Regionen in Sachsen. Die Belastung durch Verbrennungspartikel aus der modernisierten Fahrzeugflotte reduzierte sich sehr deutlich. Die Reduzierung war im ersten Jahr der Umweltzone am stärksten. Nach fünf Jahren wurde eine Minderung für die Anzahl der Partikel von 30 bis 200 nm um 62 % und für Ruß-Partikel BC um 48 % nachgewiesen. Dies dokumentiert den Erfolg der Partikelfilter in modernen Dieselfahrzeugen beim realen Fahren in der Stadt. Der hochtoxische Feinstaubanteil in der Außenluft und damit das Gesundheitsrisiko der Bevölkerung wurden sehr deutlich gesenkt. Gleichzeitig trat keine Verbessserungen für die Stickstoffoxide durch die modernste Fahrzeugflotte Sachsens ein. Die Dieselfahrzeuge gelten als die Hauptverursacher. Der Misserfolg in der Minderung der Stickoxide moderner Dieselfahrzeuge beim realen Fahren in der Stadt trotz verschärfter EURO-Abgasnormen wird dokumentiert. Hier besteht dringender Handlungsbedarf.

This thesis explores urban smoke and its nuisances in Georgian England, especially focusing on the period, 1800-1830. During this period, a number of English towns experienced accelerated industrialisation and many of them first experienced air pollution. In 1821, Michael Angelo Taylor, MP, passed a parliamentary bill on smoke abatement, Taylor’s Act. Although it has generally been believed that the Act did not have much of a social impact, this thesis argues that the Act diffused the usage of smoke abatement technology and triggered dozens of legal cases. The geographical focus of this thesis is Leeds and London. The Leeds case study examines the Leeds smoke abatement campaign and the smoke nuisance court case against Benjamin Gott, a leading merchant/ manufacturer in Leeds. It shows that the confusion over the effectiveness of smoke abatement technology represented the main difficulty in the smoke abatement campaign. The court case between the Duke of Northumberland and Clowes represents an example of the London nuisance cases in the 1820s. After the introduction of the steam press, the printing business became a polluting business. Because the plaintiff was the aristocrat, the case was interpreted as a class issue between aristocrat and middle-class printer. However, it was the Duke’s servants who suffered most from the nuisance and the case shows more complex class politics. This thesis also explores smoke nuisance caused by conventional smoke-producing industries in London, waterworks and brickmaking. Some water companies adopted smoke abatement technology but the confusion over the effectiveness of the technology can be observed in London, too. Taylor’s Act did not directly influence brickmaking business but it could cause nuisance to its neighbours, especially nurseries and gardens.