Als Wissenschaftler das Instrument diesen Sommer an Bord eines neuen Satelliten betrieben, erhielten sie eine Vorschau auf die bald erste kontinuierliche Aufzeichnung der Luftverschmutzung im Land.
Der Satellit bleibt über Nordamerika geparkt und wird Wissenschaftlern tagsüber stündlich aktuelle Informationen zur Luftverschmutzung im ganzen Land liefern. Am Donnerstag veröffentlichten Forscher ihre ersten Bilder, die Veränderungen der Stickstoffdioxidbelastung über den Vereinigten Staaten im Laufe eines einzigen Tages zeigen.
„Es ist wirklich aufregend zu sehen, wie das Instrument wie erwartet funktioniert“, sagte Xiong Liu, stellvertretender Missionsdirektor und Physiker am Center for Astrophysics der Harvard University und der Smithsonian Institution. Das Satelliteninstrument namens TEMPO wird auch viele andere Schadstoffe messen können.
Die Bilder stammen aus einem Sommer mit außergewöhnlich schlechter Luftqualität in den Vereinigten Staaten, in dem der Rauch von Waldbränden mehrere Städte und Regionen bedeckte. Aber schon vor diesem Sommer, im letzten Jahrzehnt oder so, konnten sich die Amerikaner seit der Verabschiedung des Clean Air Act im Jahr 1970 über Fortschritte bei der Luftqualität freuen. haben begonnen, ein Plateau zu erreichen.
Dr. Liu sagte, dass sich die Luftverschmutzung im Laufe der Jahre zwar verbessert habe, „ein Drittel der Amerikaner jedoch immer noch mit einem ungesunden Maß an Luftverschmutzung lebt“.
Stickstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von Kraftstoff und verursacht durch chemische Reaktionen in der Luft andere Arten von Schadstoffen. Die Bilder zeigen klare Gas-Hotspots rund um Großstädte, mit höheren Werten morgens und abends, wenn mehr Verkehr herrscht.
Zusätzlich zum Blick auf die Erde über den neuen Satelliten reisten Wissenschaftler im vergangenen Juli und August zu Fuß und in Forschungsflugzeugen durch das Land, um in einer sorgfältig konzipierten Inszenierung zu verstehen, warum sich die Luftqualität nicht verbessert hat.
Da Schadstoffe durch den Wind Tausende von Kilometern transportiert werden können, war es für Wissenschaftler schwierig, die größten Verschmutzungsquellen auf nationaler Ebene zu bestimmen. Die stündlichen Aktualisierungen von TEMPO werden voraussichtlich ein „echter Game-Changer“ sein, da sie Forschern die Möglichkeit geben, die Luftverschmutzung an ihrer Quelle zu verfolgen, sagte Brian McDonald, ein Umweltingenieur bei der National Oceanic and Atmospheric Administration, der diesen Sommer die Feldforschung mit dem Satelliten koordiniert . .
In der Vergangenheit war der Kraftfahrzeugverkehr einer der größten Verursacher der Luftverschmutzung, doch strengere Emissionsnormen für Kraftfahrzeuge haben zu einer geringeren Schadstoffbelastung durch das Autofahren geführt. Gleichzeitig, erklärte Dr. MacDonald, sei die relative Bedeutung von Produkten und Verbrauchsmaterialien wie Farben und Pestiziden gestiegen, die Schadstoffe ausstoßen, die als flüchtige organische Verbindungen (VOCs) bekannt sind.
Diese Verbindungen reagieren mit Stickstoffdioxid in der Luft und bilden die schädliche Ozonschicht in Bodennähe, die erhebliche Auswirkungen hat Stellenweise blieb es hartnäckig hoch, insbesondere in Kalifornien und in den großen Ballungsräumen im ganzen Land. Während die Ozonschicht hoch in der Atmosphäre uns vor krebserregenden UV-Strahlen schützt, kann das Ozon in Bodennähe Atemwegserkrankungen wie Asthma, Bronchitis und Emphyseme verschlimmern oder verursachen.
Ein weiteres anhaltendes Problem ist die Feinstaubkontamination, die aus mikroskopisch kleinen Partikeln besteht, die klein genug sind, um in den Blutkreislauf zu gelangen und Herz- und Lungenerkrankungen, Schlaganfälle und in schweren Fällen sogar einen vorzeitigen Tod zu verursachen. Diese Verschmutzung, auch PM2,5 genannt, nahm nach Jahren des Rückgangs um 2016 wieder zu.
Laut einer im vergangenen Herbst veröffentlichten Studie scheinen Waldbrände, die häufiger und heftiger werden, da der Klimawandel heißere und trockenere Bedingungen schafft, der Hauptgrund für diese Umkehr zu sein.
Diese Forschung stützte sich auf einen alten Satelliten, der tägliche Messungen lieferte, sagte Marshall Burke, Professor für Umweltpolitik an der Stanford University und einer der Autoren der Studie. Derzeit verlassen er und seine Kollegen sich stark auf Computermodelle darüber, wie sich Schadstoffe mit dem Wind bewegen, um die Lücken zwischen tatsächlichen Beobachtungen zu füllen.
Dr. Burke, der nicht an der TEMPO-Mission beteiligt ist, sagte, er freue sich darauf, stündliche Daten vom Satelliten zu erhalten, die „videoähnlich“ wären. „Da man immer mehr Bilder hat, ist es viel einfacher, die Karte auszufüllen, woher die Dinge kommen“, fügte er hinzu.
TEMPO wird in der Lage sein, die Luftverschmutzung mit einer Genauigkeit von etwa vier Quadratmeilen zu verfolgen. Hier kommen diesen Sommer koordinierte Flüge, Autofahrten und Spaziergänge ins Spiel.
„Die Daten dieser Feldkampagnen fungieren als Decoderschleife“ für den Satelliten, sagte Tracy Holloway, Professorin für Energieanalyse und -politik an der University of Wisconsin-Madison, die sich mit der Luftqualität befasst, aber nicht an dem Projekt beteiligt ist.
Ein Ort, an dem Wissenschaftler Daten auf mikrolokaler Ebene sammeln, ist New York City. Selbst Städte, die ihre Luft routinemäßig überwachen, verfügen in der Regel nicht über genügend Ausrüstung, um alle Stadtteile abzudecken. Dies stellt ein Problem dar, da die Luftverschmutzung innerhalb einzelner Städte oder Regionen tendenziell ungleichmäßig verteilt ist.
Seit Ende Juli sind Dutzende Forscher unter der Leitung von Audrey Gowdel und Prathap Ramamurthy von der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) abwechselnd zu zweit durch die Stadt gelaufen und haben einen Rucksack voller Luftqualitätssensoren dabei. Zuschauer fragten sich oft, ob Wissenschaftler wegen der langen, dünnen Schläuche, die aus der Verpackung herausragen und Luftproben aufsaugen, zum Fischen gehen würden.
Jeden Tag verfolgte ein Kollege die Flugrouten der Forschungsflugzeuge der NASA und stellte Updates auf WhatsApp bereit, damit Wanderer unter den Flugzeugen hindurchgehen konnten. Die Datensätze werden zu einem späteren Zeitpunkt verglichen. Die Forscher untersuchten Dutzende von Spuren und achteten dabei darauf, wirtschaftlich benachteiligte Viertel und Viertel mit einer größeren Anzahl farbiger Bevölkerungsgruppen einzubeziehen. Diese Regionen sind häufig einer unverhältnismäßig hohen Luftverschmutzung ausgesetzt, es liegen jedoch nur spärliche Daten dazu vor.
„Hoffentlich haben wir bessere Modelle und bessere Vorhersagen auf Straßenebene“, sagte Yoshira Ornelas van Horn, Professorin für Umweltgesundheit an der Columbia University und weitere TEMPO-Mitarbeiterin.
Die Analyse aller Daten wird einige Monate dauern, aber die Wanderungen selbst haben bereits Aufschluss über den Zusammenhang zwischen Klimawandel und Luftqualität gegeben. (Dr. Ramamurthy sagte, einige lange Spaziergänge im Hochsommer seien „furchtbar“.) Höhere Temperaturen sind im Allgemeinen mit einer höheren Ozonbelastung verbunden, und am heißesten Probetag stiegen die Ozonwerte über die von der Regierung festgelegten nationalen Standards. Dr. Gowdel verwies auf die Environmental Protection Agency.
Die Daten des TEMPO-Satelliten sollen im Frühjahr 2024 der breiten Öffentlichkeit zur Verfügung stehen. Mittlerweile haben sich mehr als 400 Nutzer, darunter mehrere Landes- und Bundesbehörden, als „Early Users“ registriert.
Forscher am Mount Sinai Health System in New York planen, die TEMPO-Daten zu nutzen, um zu untersuchen, wie Luftschadstoffe die Asthmasymptome bei Kindern beeinflussen. Das Connecticut Office of the Air Department plant, die Daten zu nutzen, um die Quelle der ungewöhnlich hohen Ozonverschmutzung des Staates zu untersuchen.
Dr. Ornelas Van Horn hofft, dass die Forschung dieses Sommers den Entscheidungsträgern die Informationen liefern wird, die sie benötigen, um etwas gegen die ungelösten Luftqualitätsprobleme des Landes zu unternehmen. „Wir sind uns alle einig, dass Luftverschmutzung schlecht ist“, sagte sie.
