Temperatur und Wind sind häufig in den Luftqualitätskarten die Informationen über Schadstoffe in Echtzeit anzeigen. Aber warum werden diese Umweltfaktoren aufgeführt, und wie wirken sie sich auf die Luftqualität aus?

Im Folgenden wird erläutert, wie sich Wind und Temperatur in Wechselwirkung mit Schadstoffen auf die Luftqualität auswirken.

Wie wirkt sich der Wind auf die Luftverschmutzung aus?

Wind kann bei der Verteilung von Schadstoffen hilfreich sein. Wenn sich die Schadstoffe über einer Region aufhalten, kann der Wind die Schadstoffe aus der Region vertreiben und die Konzentrationen intensiverer Schadstoffe in einer Region verringern.[1] Dadurch können die Schadstoffe auch weit von ihrer Quelle weggeblasen werden, wie es der Fall war, als der Rauch von Waldbränden im Westen der USA die Partikelschadstoffe bis nach Westeuropa verfrachtet hat.

Allerdings kann die Geografie gelegentlich eine Herausforderung für den Wind bei der Verbreitung von Schadstoffen darstellen. Wenn die vorherrschenden Winde nicht in der Lage sind, über Gebirgsketten aufzusteigen, werden die Schadstoffe möglicherweise nicht aus den Tälern herausgetragen. In solchen Fällen können sich die Schadstoffe in höheren Konzentrationen am Fuße des Berges ansammeln - oder schlimmer noch, einen "Berg-Tal-Schornstein"-Effekt verursachen.

Eine Studie aus dem Jahr 2009 in der Zeitschrift Journal of Geophysical Research: Atmospheres stellte fest, dass Brisen aus den Gebirgstälern eine Rolle bei der Entstehung einer zweiten Schadstoffschicht in Peking, China, spielen[2].

Gebirgstalbrisen, die überwiegend aus südlicher Richtung wehen, sammelten Oberflächenschadstoffe aus der Stadt ein, strömten an den Berghängen entlang und erzeugten eine zweite, erhöhte Schadstoffschicht, die in nördlicher Richtung über die Stadt strömte. Die Schadstoffe aus dieser Schicht konnten an die Oberfläche zurückkehren und die Bewohner ein zweites Mal belasten.

Regenverdünnung und Koagulation

Regen kann dazu beitragen, hohe Konzentrationen von Schadstoffen in der Luft zu verdünnen. Da grober Feinstaub (PM10) wie Staub, Schmutz und Pollen größer und schwerer sind als andere Partikel, kann Regen dazu beitragen, dass sich PM10 schneller auf dem Boden absetzt als kleinere Feinstaubpartikel (PM2,5).[3]

Regen ist bei der Verdünnung von PM2,5 weniger wirksam. Forscher in Lanzhou, China wurde gemessen, wie stark sich Regen auf die Konzentrationen von PM10, PM2,5 und PM1 in der Luft von 2005 bis 2007 auswirkte.[4] Extrem starker Regen konnte größere Partikelschadstoffe in geringem Maße reduzieren, hatte aber fast keine Auswirkungen auf Partikel, die kleiner als 2,5 Mikrometer sind.

Wenn Regentropfen fallen, können sie in einem als Koagulation bezeichneten Prozess auch aerosolisierte Schadstoffpartikel anziehen. In einem Artikel, der in Atmospheric Chemistry and Physics im Jahr 2015 veröffentlichten Studie fanden Forscher heraus, dass das Wasser umso leichter Aerosole anzieht, je kleiner der Tropfen ist.[5] Eine niedrige relative Luftfeuchtigkeit war bei diesem Prozess ebenfalls hilfreich.

Handelt es sich bei der Quelle der Luftverschmutzung um einen Waldbrand, kann ein starker Regen ebenfalls dazu beitragen, die Brände zu löschen und die Rauchentwicklung zu beenden.

Heiße, sonnige Tage können Ozonschleier erzeugen

Sommerhitze kann zu Dunst führen - einer nebelartigen Erscheinung, die vor allem in städtischen Gebieten auftritt. Doch anstatt aus winzigen Wassertröpfchen wie Nebel zu bestehen, ist der Sommerdunst eigentlich bodennah Ozonoder Smog.

Wenn Stickoxide und flüchtige organische Verbindungen (VOC), die bei der Verbrennung - häufig von Fahrzeugen - entstehen, mit dem Sonnenlicht interagieren, entsteht durch die Reaktion Ozon.

Bei hoher Luftfeuchtigkeit, Regen, Wind oder kühleren Temperaturen tritt Ozon weniger häufig auf[6].

Da warmes Wetter ein wichtiger Faktor für die Entstehung von Ozon ist, sind berühmte sonnige Städte wie Los Angeles mit starken Smogtagen zu kämpfen haben. Daher haben einige Städte wie Bogotá, Kolumbien; Paris, Frankreichund Mexiko-Stadt, Mexiko haben den Zugang zu den Städten für Autos eingeschränkt, um den Smog zu reduzieren[7].

Wie Hitzewellen zu Rauch führen

Sonniges Wetter und hohe Temperaturen können sich zusätzlich negativ auf die Luftqualität auswirken. Wenn die hohen Temperaturen die Normwerte überschreiten und über einen längeren Zeitraum anhalten, können die daraus resultierenden Hitzewellen den Boden für gefährliche Luftqualitätsbedingungen bereiten.

Hitzewellen können Waldbrände begünstigen. Unter Britisch-Kolumbien, Kanada Im Juni und Juli 2021 führte die große Hitze von bis zu 121,2 Grad zu einer extrem trockenen Bodenvegetation. Als ein schweres Gewitter über die Region hinwegzog, trugen 29.000 Blitzeinschläge zu 62 sich schnell ausbreitenden Waldbränden in der Provinz bei[8,9].

Das Dorf Lyttondas für seine normalerweise hohen Temperaturen und sein für kanadische Verhältnisse trockenes Klima bekannt ist, wurde von einem der Waldbrände zerstört. 1.000 Menschen wurden evakuiert, zwei Menschen starben.

Waldbrände wiederum erzeugen Rauch und PM2,5, die über weite Strecken verwehen können. Tausende von Meilen treiben können, wenn sie von den vorherrschenden Winden getragen werden. Zum Beispiel kann der Rauch von 26.000 einzelnen Waldbränden im Amazonasgebiet im Jahr 2019 in einer Entfernung von 11.000 Meilen in Papua-Neuguinea und Australien.

Temperaturinversionen

Wenn es um Umweltverschmutzung geht, sind warme Temperaturen nicht das einzige Problem. Einige der schlimmsten Verschmutzungstage der Welt können mit dem Winter zusammenfallen, insbesondere wenn eine Region für Temperaturinversionen anfällig ist.

Temperaturinversionen oder thermische Inversionen können über Städten oder Gebirgstälern auftreten, wenn sich warme Luft über kühlerer Luft am Boden bildet. Durch die Temperaturinversion wird die Luftverschmutzung in einem Gebiet eingedämmt und zurückgehalten, so dass sie sich nicht in andere Gebiete ausbreiten kann.

Inversionen können auch durch die von Wärmeinseln verursachte Zirkulation in städtischen Gebieten beeinflusst werden. Der Wärmeinseleffekt tritt auf, wenn Gebäude, Straßen und städtische Infrastrukturen mehr Wärme absorbieren als umliegende Bäume und Gewässer. Dies führt zu höheren Temperaturen in städtischen Gebieten als in abgelegenen, grüneren Gebieten.

Laut einer Studie aus den Jahren 2014 und 2015 im Journal of Applied Meteorology and Climatology (Zeitschrift für angewandte Meteorologie und Klimatologie)interagieren Luftschichten in einer Inversion mit Wärme und Schadstoffen in städtischen Gebieten und führen so zu einer erheblichen Luftverschmutzung[10,11]. Liegt das städtische Gebiet in einem Tal, wird die Luftzirkulation durch die städtische Hitze und schlechte Belüftungsmöglichkeiten erschwert, um die Schadstoffe aus der Insel zu entfernen.

In Tälern oder in der Nähe von Gebirgszügen gelegene Städte wie Salt Lake CityLos Angeles, DenverLos Angeles, Denver und Mexico City können durch Temperaturinversionen stark verschmutzt sein[12,13,14,15].

Temperaturen im Winter

Bei kalten Temperaturen sind die Menschen oft auf die Verbrennung angewiesen, um ihre Häuser zu wärmen. Koch- und Heizungsfeuer können bei Menschen, die billiges Holz, Kohle und Dung verbrennen, zu einer tagelangen, extrem starken Partikelverschmutzung führen.

Im Winter 2020-2021 führte die Wahl der Brennstoffe im Winter zu gefährlichen Luftqualitätsbedingungen für Stadtbewohner in Mongolei, Afghanistan und Kirgisistan in Zentralasien.

Im Winter wird jedes Haus mit einem Holzkamin oder Holzbrenner eine Quelle der Luftverschmutzung in Innenräumen und im Freien sein. Eine aktuelle Studie warnt jedoch davor, dass Holzbrenner die Luftqualität in Innenräumen gefährden und die Luftverschmutzung in einem Haus verdreifachen können[16].

Eine 2020 veröffentlichte Studie in Atmosphäre veröffentlichte Studie untersuchte die Nutzung von Holzbrennern in South Yorkshire, England,[17] und kam zu dem Schluss, dass die durchschnittliche Partikelkonzentration bei eingeschalteten Brennern von 27 Mikrogramm pro Kubikmeter (μg/m3) auf 195 μg/m3 anstieg.

Nach dem Luftqualitätsindex der USA gelten 195 μg/m3 als "sehr ungesund".

Abgebildet: U.S. Luftqualitätsindex. Quelle: IQAir und U.S. EPA

Das Fazit

Luftverschmutzung und Wetter, Wind und Temperatur wirken zusammen, um die Luftqualität zu verbessern oder, allzu oft, zu verschlechtern

Die Kenntnis der Umweltbedingungen und ihrer Wechselwirkung mit der Luftverschmutzung kann dazu beitragen, besser zu verstehen, was zu einer schlechten Luftqualität beiträgt.