Eine bahnbrechende Studie der University of Utah und der EDF nutzte Google Street View-Autos, um eine detaillierte Überwachung der Luftqualität im Salt Lake Valley durchzuführen. Diese Studie deckt hyperlokale Verschmutzungs-Hotspots auf, beleuchtet Fragen der Umweltgerechtigkeit und markiert bedeutende Fortschritte beim Verständnis und der Bewältigung der ungleichen Auswirkungen der städtischen Luftverschmutzung.
Im Salt Lake Valley fahren Autos, die mit fortschrittlichen Luftqualitätsmessgeräten (ähnlich Google Street View-Autos) ausgestattet sind, durch Stadtviertel und sammeln äußerst detaillierte Luftqualitätsdaten. Diese umfassende Probenahme ergab deutliche Unterschiede im Verschmutzungsgrad in verschiedenen Gebieten. Darüber hinaus wurde eine neuartige atmosphärische Modellierungstechnik entwickelt, um die Quellen dieser Schadstoffemissionen genau zu bestimmen.
Im Jahr 2019 führte ein Team von Atmosphärenforschern der University of Utah in Zusammenarbeit mit dem Environmental Defense Fund und anderen Partnern eine innovative Methode zur Überwachung der Luftqualität im Salt Lake Valley ein. Sie rüsteten zwei Google Street View-Autos mit mobilen Luftverschmutzungsdetektoren aus, die in der Lage sind, hyperlokale Verschmutzungs-Hotspots zu identifizieren.
In den folgenden Monaten entwickelte John Lin, Professor für Atmosphärenwissenschaften an der Universität, eine bahnbrechende Modellierungstechnik. Dieser Ansatz kombiniert Windmustermodellierung und statistische Analyse, um Schadstoffe bis zu ihrer genauen Quelle zurückzuverfolgen. Diese Technologie ermöglicht eine detailliertere Verfolgung der Verschmutzung als herkömmliche Methoden zur Überwachung der Luftqualität, die typischerweise die Luftqualität in ganzen Stadtgebieten bewerten.
Eine von amerikanischen Universitäten und dem Environmental Defense Fund (EFD) durchgeführte Studie veröffentlichte kürzlich Ergebnisse in der Fachzeitschrift Atmospheric Environment.
„Mit mobilen Fahrzeugen kann man sie tatsächlich überallhin schicken, wo sie fahren können, um die Umweltverschmutzung zu kartieren, einschließlich der Verschmutzungsquellen am Straßenrand, die bei der vorherigen Überwachung übersehen wurden“, sagte Lin. „Ich denke, dass die Idee umherziehender Wächter für viele Städte machbar ist.“
Die Forscher installierten Luftqualitätsinstrumente an Fahrzeugen und wiesen die Fahrer an, Wohngebiete Straße für Straße zu durchsuchen und dabei jede Sekunde eine Luftprobe zu sammeln. Dadurch erstellten sie von Mai 2019 bis März 2020 einen riesigen Datensatz der Luftschadstoffkonzentrationen im Salt Lake Valley. Die Beobachtungen ergaben die bislang höchstaufgelöste feinmaßstäbliche Karte von Verschmutzungs-Hotspots – die Daten erfassten Veränderungen innerhalb von 200 Metern (etwa zwei Fußballfelder).
„Die große Erkenntnis ist, dass die Luftverschmutzung räumlich stark von einem Ende eines Viertels zum anderen variiert“, sagte Tammy Thompson, leitende Luftqualitätswissenschaftlerin bei EDF und Mitautorin der Studie. „Die Luft, die Menschen atmen, kann stark variieren, und typische Regulierungsbehörden und die Richtlinien der EPA zur Kontrolle der Luftverschmutzung können dieses Ausmaß nicht erfassen.“
Die Luftqualitätsmuster sind wie erwartet, mit höherer Verschmutzung in Verkehrs- und Industriegebieten. In Stadtteilen mit niedrigerem Durchschnittseinkommen und einem höheren Anteil an schwarzen Einwohnern ist die Schadstoffbelastung höher, was bekannte Bedenken hinsichtlich der Umweltgerechtigkeit bestätigt. Das Muster geht auf Redlining-Richtlinien vor einem Jahrhundert zurück, als Kreditgeber für Eigenheimbesitzer Karten zeichneten, auf denen „gefährliche“ Viertel mit roter Tinte markiert waren. Umgegrenzte Stadtteile haben oft eine schlechtere Luftqualität aufgrund der industriellen Aktivität rund um die Bewohner, bei denen es sich häufig um farbige Menschen handelt. Stadtplaner verwenden diese Karten, um den Bau von Autobahnen zu rechtfertigen und Industrieunternehmen den Zugang zu sogenannten Gefahrengebieten zu ermöglichen, was die Umweltprobleme verschärft.
„Luftqualität ist kein neues Problem. Probleme mit der Luftqualität gibt es schon seit Jahrzehnten, und die Situation war damals wahrscheinlich noch schlimmer“, sagte Lin. „Entlang des I-15-Korridors befinden sich Wohngebiete, die neu abgegrenzt wurden. Leider gibt es zahlreiche Untersuchungen, die belegen, dass die neu abgegrenzten Gemeinden von vor 80 Jahren immer noch existieren.
In Google Street View-Fahrzeugen montierte Instrumente in Forschungsqualität messen die aus der Umgebung angesaugte Umgebungsluft und ermitteln die chemischen Signaturen der wichtigsten Luftschadstoffe, darunter Lachgas (NOx), das von Autos, Lastwagen, Geländefahrzeugen und Kraftwerken emittiert wird. Ruß (BC) aus unvollständiger Verbrennung in Straßen- und Geländedieselfahrzeugen und Industrieöfen; Feinstaub (PM2,5) aus Staub oder Asche; und Methan, hauptsächlich aus Deponien. Die Forscher wiesen Autofahrer an, in 26 Gemeinden Luftproben zu nehmen, von Industriegebieten in North Salt Lake bis hin zu Wohngebieten im Süden wie Cottonwood Heights und West Jordan. Die von den Forschern ausgewählten Viertel repräsentieren im gesamten Tal eine sehr unterschiedliche demografische Zusammensetzung, darunter Anteile schwarzer Einwohner, Durchschnittseinkommen zwischen 34.000 und mehr als 100.000 sowie Gebiete, in denen Industrie- oder Wohnungsbauten vorherrschen.
Die meisten Schadstoffe zeigten ein starkes Muster, das das, was wir bereits wussten, bestätigte: erhöhte Werte von NOx, PM2,5, BC und CO2 entlang der Autobahnen im Tal. Gebiete mit höheren Konzentrationen eines Schadstoffs sind wahrscheinlich auch Gebiete mit höheren Konzentrationen anderer Schadstoffe, entweder aus einer einzigen Quelle, die mehrere Schadstoffe ausstößt, oder aus sich überschneidenden Quellen.
„Es ist ein bisschen langweilig zu sagen, dass die Straße verschmutzt ist.“ Jeder weiß es. Richtig? Deshalb wollen wir Daten nutzen, um die Quellen der Verschmutzung außerhalb der Straße zu finden“, sagte Lin. Die Autoren testeten Lins neue Methode zur Atmosphärenmodellierung anhand von Fallstudien zu zwei bekannten Verschmutzungsquellen – eine große Methanquelle auf einer Deponie und die andere eine bekannte Kiesgrubenquelle für PM2,5. Anschließend wandten sie das Modell an, um bisher unbekannte Gebiete mit erhöhtem PM2,5-Gehalt in einem Industriegebiet südlich des Flughafens Salt Lake City zu analysieren.
Die Autoren hoffen, dass andere Orte diese neue Methode zur Identifizierung von Verschmutzungs-Hotspots nutzen werden, um ihre Städte sicherer zu machen, einschließlich der Identifizierung temporärer Verschmutzungsquellen (z. B. Gaslecks) und dauerhafter Verschmutzungsquellen (z. B. industrieller Verschmutzungsquellen). Umherziehende Wachposten können politischen Entscheidungsträgern dabei helfen, Vorschriften zu entwickeln, die Ressourcen effizienter nutzen, um den Schaden für die Bürger zu mindern.
Der Autor hofft, das Atmosphärenmodell für Projekte wie „Air Tracker“ nutzen zu können. Air Tracker ist das erste webbasierte Tool, das Benutzern hilft, mögliche Quellen der Luftverschmutzung in ihren Gemeinden zu finden. Air Tracker basiert auf vertrauenswürdigen wissenschaftlichen Echtzeitmodellen und ist in Luftverschmutzungs- und Wetterdaten integriert. Es wurde in Zusammenarbeit mit American Universities, dem European Environment Fund und dem CREATE-Labor der Carnegie Mellon University entwickelt und hilft Benutzern, mehr über die Luft zu erfahren, die sie atmen, einschließlich der Schadstoffkonzentrationen und ihrer potenziellen Quellen. Die Lufttracker sind bereits im Salt Lake City Valley im Einsatz und werden in den kommenden Monaten an weiteren Standorten im ganzen Land eingeführt.
„Diese Arbeit berührt viele wichtige Fragen der Umweltgerechtigkeit“, sagte Thompson von der Environmental Development Foundation. „Wir müssen die durchschnittliche Luftverschmutzung in verschiedenen Gemeinden verstehen und dann verstehen, warum es Unterschiede gibt, warum es Hotspots gibt und was wir dagegen tun können. Da wir immer mehr über die Ungleichheiten bei der Luftverschmutzung und der Luft, die wir im ganzen Land atmen, erfahren, ist das wirklich sehr, sehr wichtig.“
Referenz: „Ultralokale Quellenidentifizierung städtischer Schadstoffe durch Kombination mobiler Messungen mit atmosphärischer Modellierung“ von John C. Lin, Ben Fasoli, Logan Mitchell, Ryan Bares, Francesca Hopkins, Tammy M. Thompson und Ramón A. Alvarez, veröffentlicht in der Zeitschrift „Atmospheric Environment“ am 2. August 2023.
DOI:10.1016/j.atmosenv.2023.119995
Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily