Die Luftverschmutzung ist ein großes globales Umweltrisiko für unsere Gesundheit und Ernährungssicherheit. Man schätzt, dass sie weltweit etwa 3,7 Millionen vorzeitige Todesfälle verursacht und jedes Jahr genug Ernten zerstört, um Millionen von Menschen zu ernähren.
Gesundheitsbehörden, die Öffentlichkeit und Landwirte müssen rechtzeitig informiert werden, wenn gefährliche Luftqualitätswerte ansteigen. Forscher und Ingenieure des National Center for Atmospheric Research (NCAR) arbeiten in Zusammenarbeit mit anderen Behörden an der Entwicklung neuer Technologien, die Entscheidungsträgern bei der Planung von Tagen mit hoher Luftverschmutzung helfen.
Diese Arbeit ermöglicht es Meteorologen und lokalen Planern:
- die Luftqualität für Städte und ländliche Gebiete Tage im Voraus vorherzusagen.
- die Auswirkungen zukünftiger Veränderungen der menschlichen Aktivitäten und des Klimas auf die Luftqualität zu prognostizieren.
- den grenzüberschreitenden Transport von Luftverschmutzung zu quantifizieren.
- Bestimmen Sie den regionalen Transport von Luftschadstoffen innerhalb eines Landes.
- Bewerten Sie die gesellschaftlichen Auswirkungen der Luftverschmutzung.
- Verbessern Sie Emissionsschätzungen.
- Ein fortschrittliches Vorhersagesystem für die Luftqualität
- Projektion der künftigen Luftqualität
- Quantifizierung des grenzüberschreitenden Transports von Schadstoffen
- Quantifizierung des regionalen Transports von Schadstoffen
- Assessing Societal Impacts of Air Pollution
- Verbesserung der Emissionsschätzungen
Ein fortschrittliches Vorhersagesystem für die Luftqualität
Gegenwärtige Vorhersagen für die Luftqualität sind begrenzt. Sie liefern eine einfache Vorhersage für einen einzigen Wert und geben nicht an, mit welcher Unsicherheit die Vorhersage behaftet ist. Sie sagen auch vereinfachend, ob die Ozonwerte hoch oder niedrig sein werden. Die Vorhersage muss viel detaillierter sein, und mit finanzieller Unterstützung der NASA entwickeln das NCAR und seine Partner eine neue Fähigkeit zur Erstellung detaillierter 48-Stunden-Vorhersagen für bodennahes Ozon und Feinstaub.
Dieses neue Vorhersageverfahren kombiniert Satelliten- und In-situ-Beobachtungen mit modernster Modellierung und wird sehr detaillierte Luftqualitätsvorhersagen erstellen. So wie eine Wettervorhersage beispielsweise vor einer 80%igen Regenwahrscheinlichkeit am Nachmittag warnt, könnten neue Luftqualitätsvorhersagen vor einer 80%igen Wahrscheinlichkeit hoher Ozonwerte zu bestimmten Tageszeiten warnen. Solche verbesserten Vorhersagen werden die Entscheidungsfindung beim Luftqualitätsmanagement erheblich verbessern. Dieses System wird über den USA eingerichtet, kann aber problemlos auf jeden Teil der Welt angewandt werden.
Projektion der künftigen Luftqualität
Um künftige Veränderungen der Luftqualität aufgrund von Veränderungen des künftigen Klimas und menschlicher Aktivitäten zu quantifizieren, hat das NCAR ein globales und regionales Klimamodell entwickelt, das mit der Chemie gekoppelt ist. Diese Modelle können verwendet werden, um die Auswirkungen verschiedener Emissionsszenarien auf die Luftqualität in jeder beliebigen Region der Welt zu untersuchen. Sie wurden verwendet, um Veränderungen der Luftqualität über den USA und Indien bis zur Mitte des Jahrhunderts (2050) vorherzusagen.
Die Modellergebnisse zeigen, dass das anthropogene Emissionsszenario RCP 8.5 (Representative Concentration Pathway) die Luftqualität in den USA verbessern kann, nicht aber in Indien.
Quantifizierung des grenzüberschreitenden Transports von Schadstoffen
Abhängig von der Lebensdauer der Partikel können Luftschadstoffe durch atmosphärische Winde von einem Land zum anderen transportiert werden. Daher ist es sehr wichtig, den Beitrag eines solchen grenzüberschreitenden Transports bei der Entwicklung von Strategien zur Verringerung der Luftverschmutzung zu quantifizieren.
Das NCAR hat ein Verfahren zur Quantifizierung des grenzüberschreitenden Beitrags zu gasförmigen (Kohlenmonoxid, CO) und aerosolen (schwarzer Kohlenstoff, BC) Schadstoffen entwickelt, das mit Hilfe von Tracern arbeitet. Mit Hilfe dieser Technik wird geschätzt, dass der grenzüberschreitende Verkehr bis zu 30 % zur winterlichen CO-Verschmutzung, aber weniger als 5 % zur BC-Verschmutzung in Indien beiträgt, was darauf hindeutet, dass Indien mit seinen Nachbarländern zusammenarbeiten muss, um die Kohlenmonoxidverschmutzung zu verringern. Dies zeigt, dass Indien mit seinen Nachbarländern zusammenarbeiten muss, um die Verschmutzung durch Kohlenmonoxid zu verringern.
Die Entwicklung neuer Technologien, die den Entscheidungsträgern bei der Planung von Tagen mit hoher Verschmutzung helfen, ist wichtig.
Quantifizierung des regionalen Transports von Schadstoffen
Wie beim grenzüberschreitenden Verkehr ist es auch hier wichtig, den Beitrag des regionalen Transports (definiert als Emissionen aus allen Regionen des Landes mit Ausnahme der betreffenden Region) zur Luftqualität in einer Region des Landes zu quantifizieren, um Strategien zur Verringerung der Verschmutzung zu entwickeln. Der Beitrag des regionalen Transports zur CO- und BC-Verschmutzung in verschiedenen Regionen Südasiens wurde mit Hilfe der Tagged-Tracer-Technik quantifiziert.
Assessing Societal Impacts of Air Pollution
NCAR und seine Partner haben die chemischen Transportmodelle mit landwirtschaftlichen Produktions- und Bevölkerungsdaten gekoppelt, um die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die menschliche Gesundheit und die Ernten zu bewerten. Für die indische Region wurde geschätzt, dass die oberirdische Ozonverschmutzung genügend Nahrungsmittel für etwa 94 Millionen Menschen vernichtet und zusammen mit Feinstaub zu etwa 0,9 Millionen vorzeitigen Todesfällen pro Jahr führen kann. Der wirtschaftliche Schaden, der durch die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf die Gesundheit und die Ernte in Indien entsteht, wird auf mehr als 2 Milliarden USD geschätzt.
Verbesserung der Emissionsschätzungen
Gegenwärtige globale und regionale Bottom-up-Emissionsschätzungen sind verfügbar, um die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die Luftqualität zu bewerten. Diese Emissionsschätzungen sind jedoch in einigen Regionen der Welt sehr unsicher. Um die Unsicherheit dieser Emissionsschätzungen zu verringern, hat NCAR inverse Modellierungsalgorithmen entwickelt, die chemische Transportmodelle mit In-situ- und Satellitenbeobachtungen von Schadstoffen kombinieren, um die Emissionen einzugrenzen.