Forschungsmethoden

Schadstoffe in der Luft – Megacities als Verursacher

Rußpartikel aus Städten können 1.000 Kilometer zurücklegen, bevor sie den Boden erreichen. Das Forschungsflugzeug HALO erkundet die Verschmutzungsfahnen von Ballungszentren in Asien und Europa.

Text: ESKP-Redaktion

Fachliche Durchsicht: Katrin Witte (DLR)

Megastädte repräsentieren die größten wachsenden Ballungsräume der Welt. Sie zählen zu den wichtigsten Emittenten von Schadstoffen wie Stickstoffdioxid, Kohlenmonoxid oder Feinstaub. Die Luftqualität in großen Städten ist nicht erst seit dem Diesel-Skandal ein Top-Thema. Jährlich zeigen Smog-Fotos aus Peking, wie die Bewohner dieser großen Ballungszentren (Major Population Centres, MPC) unter schlechter Luftqualität leiden. Häufig wandern die starken Emissionen zudem in Regionen, die in Windrichtung liegen und belasten auch dort Menschen und Ökosysteme. Aerosolpartikel, wie sie beispielsweise aus Rußpartikeln durch Verkehr oder Heizen entstehen, können sogar mehr als tausend Kilometer zurücklegen, bevor sie sich an weit entfernten Orten ablagern. Das heißt, sie entfalten selbst in entlegenden Gegenden ihre Wirkung. Sie können dort in die menschlichen Atemsysteme wandern, greifen die Zellen an und erhöhen das Risiko von Lungenkrebs. Eine der größten Herausforderungen für die Zukunft ist es daher, diese schnell wachsenden urbanen Agglomerationen nachhaltig auszurichten und diese gefährlichen Emissionen zu verringern.

Mit dem Projekt EMeRGe (Effect of Megacities on the transport and transformation of pollutants on the Regional and Global scales), an dem auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt ist, will man die Wissenslücken verringern, die es rund um den Transport von kurzlebigen Schadstoffpartikeln gibt. Dazu werden in zwei Messkampagnen mit dem Forschungsflugzeug HALO ausgewählte Megastädte in Europa und Asien untersucht. Besonders berücksichtigt werden dabei das giftige Spurengas Ozon sowie Aerosole. Wichtige Forschungsfragen lauten: Wie unterscheiden sich die Verschmutzungsfahnen aus Megastädten oder Ballungsgebieten in Europa und Asien? Wie setzen sie sich jeweils zusammen? Gibt es unterschiedliche Ausbreitungsmuster? Wie wirken sich die Verschmutzungsfahnen regional und eventuell auch global aus? Die Forscher vermuten hier deutliche Unterschiede. Denn die Megacities und großen Ballungsräume sind sehr verschieden beschaffen. Dies betrifft ihre Größe, die Entfernung der Megacities voneinander aber auch die Zusammensetzung der Emissionen. Hinzu kommen wesentliche Unterschiede hinsichtlich Meteorologie und Topographie, die ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Ausbreitung von Verschmutzungsfahnen spielen.

  • Häufig wandern die starken Emissionen in Regionen, die in Windrichtung liegen und belasten auch dort Menschen und Ökosysteme.
  • Mit dem Forschungsflugzeug HALO werden in zwei Messkampagnen ausgewählte Megastädte in Europa und Asien untersucht, um die Verbreitung von Verschmutzungsfahnen zu erforschen.
  • Die Beobachtungsdaten werden über weitere Forschungspartner international zu Modellierungsstudien zusammengeführt.

Die Beobachtungsdaten werden über weitere Forschungspartner international zu Modellierungsstudien zusammengeführt. So will man eine umfassendere integrierte Analyse aller Datensätze von Beobachtungsdaten ermöglichen (d. h. Luftfahrzeug-, Boden- und satellitengestützte Daten). EMeRGe wird dadurch zu einem Meilenstein in der Untersuchung des Transports und der Transformation von Verschmutzungsfahnen und Wolken aus MPCs.

In Europa haben bereits Forschungsflüge über London, Rom, dem Ruhrgebiet und weiteren Ballungszentren in einem Umfang von 52 Stunden stattgefunden. Um ein genaues Bild der Verteilung der städtischen Emissionen zu erhalten, fliegt HALO gestaffelt in einer Höhe von ca. 500 Metern bis 5 Kilometern. Zur Charakterisierung von Transportprozessen gab es über den Alpen auch Flüge in einer Höhe von 8 bis 9 Kilometern, wenn die meteorologischen Bedingungen dafür günstig  waren.

Besonders anspruchsvoll waren diejenigen Flugsegmente, die teilweise weniger als einen Kilometer über Grund stattfinden, beispielsweise über der italienischen Po-Ebene. "Im Tiefflug sind wir neben einer engen Abstimmung mit der Flugsicherung auf den Sichtflug angewiesen", sagt DLR-Forschungspilot Dr. Marc Puskeiler. "In dieser Höhe gibt es viele Kleinflugzeuge und Hubschrauber, auf die wir achten müssen, um eine sichere Durchführung zu gewährleisten." Die Messkampagnen über asiatischen Großstädten wie Taipeh sind ab März 2018 geplant. Dabei sind wie auch in Europa umfangreiche Abstimmungen mit den jeweiligen Flugsicherungen notwendig, da sich HALO auch dort in niedrigen Höhen durch die Abgasfahnen bewegt. Bei den Messungen werden teilweise Flugmuster in weniger als einen Kilometer über Grund abgeflogen, beispielsweise beim ersten lokalen Messflug am 17. März 2018 über dem Ostchinesischen Meer, bei dem Emissionen von Mega-Cities wie Shanghai erfasst wurden. "Im Tiefflug sind wir im Sichtflug unterwegs und können nur in wolkenfreien Gebieten operieren", sagt DLR-Forschungspilot Stefan Grillenbeck.

Beitrag erstellt am 9. Mai 2018

Über HALO

Das Forschungsflugzeug HALO ist eine Gemeinschaftsinitiative deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen. HALO wurde aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, der Helmholtz-Gemeinschaft und der Max-Planck-Gesellschaft beschafft. Der Betrieb von HALO wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft, dem Forschungszentrum Jülich, dem Karlsruher Institut für Technologie, dem Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam und dem Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in Leipzig getragen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt ist zugleich Eigner und Betreiber des Flugzeugs. Für das Projekt EMeRGe wurde HALO mit 16 Messinstrumenten plus einem speziellen Atmosphären-Hygrometer (SHARC) ausgestattet, um die verschiedenen Gas- und Partikelemissionen der Großstädte zu erfassen.

Quellen

  • DLR-Projektbroschüre: HALO – Neue Dimensionen in der Atmosphärenforschung und Erdbeobachtung. Link
  • Hintergrundinfos zum Forschungsflugzeug HALO mit Bildergalerie auf. Link
  • Kurzporträt HALO auf FONA: Forschungsflugzeug HALO. Link

Lesetipps

  • Medieninformation DLR: Stickoxide und Feinstaub über Asien Forschungsflugzeug HALO misst die Emissionen von Megacities. Link
  • Medieninformation DLR: Luftverschmutzung europäischer Ballungsräume – Forschungsflugzeug HALO misst Emissionen von Großstädten. Link