Ähnlich wie bei der Wettervorhersage gibt es Modelle zur Vorhersage des Grades der Luftverschmutzung und der Luftqualität. Es gibt viele Vorhersagemodelle, die komplexer sind als Wettervorhersagemodelle. Diese Modelle sind mathematische Simulationen der Ausbreitung von Luftschadstoffen in der Luft (1).

Warum Informationen zur Luftqualität benötigt werden

Luftverschmutzung liegt vor, wenn die Umgebungsluft Gase, Staub, Dämpfe oder Gerüche in ausreichender Menge enthält, um die Gesundheit von Menschen und Tieren zu schädigen oder um Pflanzen und Materialien zu schädigen.

Die Luftverschmutzung ist einer der großen Killer unserer Zeit. Verschmutzte Luft ist jedes Jahr für schätzungsweise 7 Millionen Todesfälle weltweit verantwortlich: etwa 3 Millionen durch Luftverschmutzung in Haushalten und 4 Millionen durch Luftverschmutzung im Freien (2) (3). Die Daten haben gezeigt, dass die Luftverschmutzung weltweit mit folgenden Faktoren in Verbindung steht:

• 19% aller kardiovaskulären Todesfälle
• 24 % der Todesfälle durch ischämische Herzkrankheiten
• 21% der Todesfälle durch Schlaganfall
• 23 % der Todesfälle durch Lungenkrebs(4)

Darüber hinaus scheint die Luftverschmutzung im Freien ein wichtiger Risikofaktor für neurologische Entwicklungsstörungen bei Kindern (5) und neurodegenerative Erkrankungen bei Erwachsenen (6) zu sein.

Angesichts der wirtschaftlichen, ökologischen und menschlichen Auswirkungen der Luftverschmutzung wird die Vorhersagetechnologie immer wichtiger.

Vorteile von Informationen und Prognosen zur Luftverschmutzung

Luftverschmutzungsprognosen sind auf mehreren Ebenen eine lohnende Investition - für den Einzelnen, die Gemeinschaft, auf nationaler und globaler Ebene. Genaue Vorhersagen helfen den Menschen, vorausschauend zu planen und die Auswirkungen auf die Gesundheit und die damit verbundenen Kosten zu verringern.

Wenn die Menschen die Schwankungen in der Qualität der Luft, die sie einatmen, die Auswirkungen der Schadstoffe auf ihre Gesundheit sowie die Konzentrationen, die wahrscheinlich schädliche Auswirkungen haben, kennen, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass sie zu Änderungen im individuellen Verhalten und in der öffentlichen Politik motiviert werden (7) (8).

Ein solches Bewusstsein hat das Potenzial, eine sauberere Umwelt und eine gesündere Bevölkerung zu schaffen. Auch die Regierungen nutzen die frühzeitige Vorhersage, um Verfahren zur Verringerung des Ausmaßes der lokalen Verschmutzung festzulegen (9).

Genauigkeit bei der Vorhersage der Luftqualität

Bei der Vorhersage der Luftqualität sind viele Variablen zu berücksichtigen, von denen einige recht unvorhersehbar sind. So ordnen die Behörden in Peking gelegentlich die Schließung von Kohlekraftwerken und Fabriken an und erteilen einem Teil der Millionen von zugelassenen Fahrzeugen in der Stadt Fahrverbote (10).

Die Höhe der Luftverschmutzung hängt stark von den lokalen Wetterbedingungen und den Schadstoffemissionen in der Umgebung ab (11) (12). Aber auch der weiträumige Transport von Schadstoffen - durch starke Winde - ist ein wichtiger Einflussfaktor und muss bei der Vorhersage lokaler AQI-Werte berücksichtigt werden (13).

Die Vorhersage der Luftqualität ist daher nicht nur mit den Schwierigkeiten der Wettervorhersage verbunden, sondern erfordert auch Daten und Kenntnisse über:

• Lokale Schadstoffkonzentrationen und Emissionen
• Schadstoffkonzentrationen und -emissionen aus weit entfernten Orten
• Bewegungen und mögliche Umwandlungen von Schadstoffen
• Vorherrschende Winde

Die vielen Faktoren, die bei der Vorhersage der Luftqualität eine Rolle spielen, führen dazu, dass die Vorhersage der Luftverschmutzung sowohl subjektiv als auch objektiv ist.

Techniken zur Vorhersage der Luftqualität

Es gibt viele solcher Vorhersagemodelle, die alle komplexer sind als Wettervorhersagemodelle. Diese Modelle sind mathematische Simulationen der Ausbreitung von Luftschadstoffen in der Luft.

Meteorologische Vorhersage

Der erste Schritt zu einer genauen Luftqualitätsvorhersage ist eine ausgezeichnete Wettervorhersage. Meteorologische (Wetter-)Vorhersagen können in drei Hauptkategorien eingeteilt werden: Klimatologie, statistische Methoden und dreidimensionale (3-D-)Modelle.

Klimatologie

Die Klimatologie nutzt die Vergangenheit als Indikator für die Zukunft. Diese Methode basiert auf der Beziehung zwischen bestimmten Wetterbedingungen und Verschmutzungsgraden und kann daher sehr eindimensional sein. Diese Methode wird oft erweitert, um Wettermuster mit Verschmutzungsmustern abzugleichen. Diese Methode hat viele Einschränkungen und wird als ein Instrument zur Ergänzung anderer Vorhersagemethoden betrachtet.

Statistische Methoden

Der Zusammenhang zwischen Luftqualität und Wetter kann mit statistischen Methoden quantifiziert werden. Zu den drei am häufigsten verwendeten gehören:

1. Klassifizierungs- und Regressionsbaum (CART) dient der Klassifizierung von Daten in unähnliche Gruppen. Die Software identifiziert Variablen, die mit den Schadstoffwerten in der Umgebung korrelieren. Die Daten werden zur Vorhersage von Konzentrationen auf der Grundlage von Wetterbedingungen und korrelierten Schadstoffkonzentrationen verwendet.
2. Regressionsanalyse schätzt die Beziehungen zwischen den Variablen. Durch die Analyse historischer Datensätze werden Zusammenhänge zwischen Verschmutzungswerten und meteorologischen Datenvariablen hergestellt. Das Ergebnis ist eine Gleichung, die zur Vorhersage künftiger Verschmutzungswerte verwendet werden kann.
3. Künstliche neuronale Netze nutzen adaptive Lern- und Mustererkennungstechniken. Die computergestützten Algorithmen sind so konzipiert, dass sie die Fähigkeit des menschlichen Gehirns zur Mustererkennung simulieren. Aufgrund ihres mehrdimensionalen Ansatzes ist diese Methode für die Vorhersage der Umweltverschmutzung zweifellos am besten geeignet.

Ein Nachteil der oben genannten statistischen Methoden ist, dass sie von einer Stabilität der Prozesse ausgehen, die die Luftqualität beeinflussen. Daher wird jede drastische Veränderung der Emissionen oder des Klimas (kurz- oder langfristig) die Genauigkeit dieser Verfahren stark beeinträchtigen. Es gibt komplexere Methoden, die versuchen, diese Unzulänglichkeiten zu berücksichtigen. Sie sind als dreidimensionale Modelle bekannt.

Dreidimensionale (3-D) Modelle

Dreidimensionale Modelle stellen alle wichtigen Prozesse, die sich auf die Luftverschmutzung im Freien auswirken, mathematisch dar. Dreidimensionale Modelle simulieren die Emission, den Transport und die Umwandlung von Luftverschmutzung, indem sie mehrere Teilmodelle verwenden, darunter:

• Emissionsmodell: Simuliert die räumliche Verteilung von Emissionen aus natürlichen und menschlichen Quellen.
• Meteorologisches Modell: Erstellt ein Trajektorienmodell zur Vorhersage der Luftverschmutzung unter Verwendung des meteorologischen 3-D-Modells und der Emissionsdaten.
• Chemisches Modell:Betrachtet die Umwandlung von primärer (emittierter) Verschmutzung in sekundäre Verschmutzung, um das Ergebnis des Schadstoffs zu bestimmen (14).

7-Tage-Vorhersage der Luftqualität

IQAir's AirVisual-Plattform stellt Luftqualitätsvorhersagen über eine mobile App und die Website zur Verfügung. Zusätzlich zu den Echtzeit-Informationen über Luftqualität, Wetter und Verschmutzungswerte enthält die Plattform 7-Tage-Luftqualitätsvorhersagen, so dass fundierte Entscheidungen über Gesundheit und Wohlbefinden getroffen werden können und auch eine entsprechende Vorausplanung möglich ist. Die Plattform nutzt fortschrittliche Prognosemodelle, sich entwickelnde Algorithmen und maschinelles Lernen, um Luftqualitätsvorhersagen zu erstellen, die für die kommende Woche genau sind.

Mit den 7-Tage-Vorhersagen von AirVisual können Einzelpersonen und Regierungen proaktive Maßnahmen ergreifen, wenn Bedenken hinsichtlich der Luftqualität zu erwarten sind.

Das Wichtigste zum Mitnehmen

Die Techniken und Instrumente zur Vorhersage der Luftverschmutzung verbessern sich rasch und werden immer präziser. Genaue und zugängliche Luftverschmutzungsvorhersagen, wie sie auf AirVisual zu finden sind, tragen zur Sensibilisierung der Öffentlichkeit bei, ermöglichen empfindlichen Bevölkerungsgruppen eine vorausschauende Planung und versorgen Regierungen mit Informationen für Warnungen zur öffentlichen Gesundheit.