Umrechnung $đť‘šđť‘”/đť‘š^3$ in ppm Teil 5

Der $CO_2$-Gehalt in der Luft wird in parts per million (Anteile pro Million), kurz ppm, oder in Prozent (%), beziehungsweise Volumenprozent (Vol.-%) angegeben.

Zu Beginn der Industrialisierung, um 1750 lag die $CO_2$-Konzentration bei 278 ppm.1 2 Diese historischen Daten sind in ppm, die Messtelle gibt die Kohlendioxidangaben in $𝑚𝑔/𝑚^3$ an. Um die Massenkonzentrationen und Volumenmischungsverhältnisse besser vergleichen zu können, werden sie in diesem Abschnitt umgewandelt. Die Angaben als Massenkonzentrationen in $𝑚𝑔/𝑚^3$ gelten nur für die bestimmten Bedingungen von Druck und Temperatur. Der Befehl df_wasserkuppe.info() liefert uns das maximal 76646 Werte ppm berechnen könnten. Da nur für 76646 Luftdruckwerte vorhanden sind.

Stand: 27.04.2021

df_wasserkuppe = pd.read_csv('daten/wasserkuppe.csv')
df_wasserkuppe.index = pd.to_datetime(df_wasserkuppe.Datum)
df_wasserkuppedrop = df_wasserkuppe.dropna()
df_wasserkuppedrop = df_wasserkuppedrop.drop(columns=['Datum'])

df_wasserkuppedrop
TemperaturLuftdruckKohlendioxid
Datum
2011-01-09 12:00:0013.41014.0724.0
2011-01-09 13:00:0014.61014.0726.0
2011-01-09 14:00:0015.61014.0729.0
2011-01-09 15:00:0015.61013.0720.0
2011-01-09 16:00:0015.61013.0721.0
............
2020-04-06 20:00:008.8994.0735.0
2020-04-06 21:00:008.8995.0737.0
2020-04-06 22:00:008.8995.0739.0
2020-04-06 23:00:007.6995.0740.0
2020-05-06 00:00:006.5995.0737.0

75072 rows Ă— 3 columns

Umrechnungsformel

mg = 0.1ppm1mol/((8.31447*(t+273.15))/p)

ppm = 10mg2/mol((8.31447*(t+273.15))/p)

mg2…ist die Massenkonzentration des Messwertes Kohlendioxid in mg/m3

p…ist der Bezugsdruck. Der Normdruck wäre 1013,25 mbar.

mol…die molare Masse von Kohlendioxid in g/mol: 44,01 g/mol

10 ergibt sich als Umrechnungsfaktor, da keine konsistenten Einheiten verwendet werden3

R ist die Universelle Gaskonstante = 8,314472 J/(K·mol)

t= 13.4
p=1013.25
mol=44.01
mg2=724

ppm = 10*mg2/mol*((8.31447*(t+273.15))/p)
ppm
386.8170144884977

Berechnung der Werte 2011-01-09 12:00:00 und 2020-05-06 00:00:00

t= 6.5
p=995
mol=44.01
mg2=737

ppm = 10*mg2/mol*((8.31447*(t+273.15))/p)
ppm
391.32936019874427
t= 13.4
p=1014
mol=44.01
mg2=724

ppm = 10*mg2/mol*((8.31447*(t+273.15))/p)
ppm
386.5309072292606
t = df_wasserkuppedrop['Temperatur']
p = df_wasserkuppedrop['Luftdruck']
mol = 44.01
mg2 = df_wasserkuppedrop['Kohlendioxid']

df_wasserkuppedrop['ppm'] = 10*mg2/mol*((8.31447*(t+273.15))/p)

df_wasserkuppedrop['ppm']
Datum
2011-01-09 12:00:00    386.530907
2011-01-09 13:00:00    389.221839
2011-01-09 14:00:00    392.188422
2011-01-09 15:00:00    387.728965
2011-01-09 16:00:00    388.267478
                          ...    
2020-04-06 20:00:00    393.873041
2020-04-06 21:00:00    394.547875
2020-04-06 22:00:00    395.618561
2020-04-06 23:00:00    394.467844
2020-05-06 00:00:00    391.329360
Name: ppm, Length: 75072, dtype: float64
df_wasserkuppedrop
TemperaturLuftdruckKohlendioxidppm
Datum
2011-01-09 12:00:0013.41014.0724.0386.530907
2011-01-09 13:00:0014.61014.0726.0389.221839
2011-01-09 14:00:0015.61014.0729.0392.188422
2011-01-09 15:00:0015.61013.0720.0387.728965
2011-01-09 16:00:0015.61013.0721.0388.267478
...............
2020-04-06 20:00:008.8994.0735.0393.873041
2020-04-06 21:00:008.8995.0737.0394.547875
2020-04-06 22:00:008.8995.0739.0395.618561
2020-04-06 23:00:007.6995.0740.0394.467844
2020-05-06 00:00:006.5995.0737.0391.329360

75072 rows Ă— 4 columns

dfco2m = df_wasserkuppedrop.resample('M').mean()
dfco2m
TemperaturLuftdruckKohlendioxidppm
Datum
2011-01-319.8619051018.083333718.535714377.267934
2011-02-2810.9333331015.166667718.979167380.087965
2011-03-3110.7385421012.093750723.416667383.434028
2011-04-3010.9776601008.351064724.648936385.891135
2011-05-318.3864581008.500000723.479167381.627605
...............
2020-08-315.6708331020.233333751.100000387.711256
2020-09-307.1741671014.941667745.800000389.088071
2020-10-315.6933331009.225000741.425000386.948444
2020-11-302.7158331012.291667745.200000383.644441
2020-12-312.3841671013.800000746.466667383.237839

120 rows Ă— 4 columns

import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.style as style

dfco2m['ppm'].plot(label = 'ppm', figsize=(15,7))
dfco2m['MA3'] = dfco2m['ppm'].rolling(3).mean()
dfco2m['MA3'].plot(label='MA3')
style.use('fivethirtyeight')
plt.legend()
<matplotlib.legend.Legend at 0x172fbda4988>

​
png ​

Quellenangaben:

  1. Kohlendioxid-Konzentration – Klimawandel. (2019). bildungsserver. https://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Kohlendioxid-Konzentration 

  2. Wikipedia-Autoren. (2007, 16. Mai). Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre. Wikipedia. https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffdioxid_in_der_Erdatmosph%C3%A4re 

  3. ppm in mg/m3. (2019). NABU Eibelshausen. http://www.nabu-eibelshausen.de/Rechner/ppm.html