Wissenschaftler der NOAA, der NASA und 21 Universitäten aus drei Ländern setzen modernste Instrumente ein mehrere, koordinierte Forschungskampagnen diesen Monat, um zu untersuchen, wie sich die Luftverschmutzungsquellen in den letzten Jahrzehnten verändert haben.
Seit den 1970er Jahren haben US-Wissenschaftler und Umweltbehörden erhebliche Fortschritte bei der Reduzierung der Luftverschmutzung gemacht, indem sie Abgase aus Auspuffrohren und Schornsteinen beseitigt haben. Dennoch sind die Werte von zwei der schädlichsten Arten der Verschmutzung, bodennahem Ozon und Feinstaub, in den letzten Jahren nur geringfügig zurückgegangen. Beides trägt noch immer jedes Jahr zum vorzeitigen Tod von mehr als 100.000 Amerikanern bei.
„Dies ist eine beispiellose wissenschaftliche Untersuchung – in Umfang, Umfang und Komplexität – einer anhaltenden Bedrohung der öffentlichen Gesundheit, die jedes Jahr Menschen tötet“, sagte NOAA-Administrator Rick Spinrad, PhD. „Keine Agentur oder Universität könnte so etwas alleine schaffen.“
Diesen Monat führen Wissenschaftler der NOAA, der NASA und 21 Universitäten aus drei Ländern mehrere koordinierte Forschungskampagnen durch, um zu untersuchen, wie sich die Quellen der Luftverschmutzung in den letzten Jahrzehnten verändert haben. (Bildnachweis: NOAA)
Mit mehreren Satelliten, sieben Forschungsflugzeugen, Fahrzeugen und Dutzenden stationären Anlagen – sogar instrumentierten Rucksäcken – werden Wissenschaftler die Luftverschmutzung aus Quellen wie Transport, Industrieanlagen, Landwirtschaft, Waldbränden und Konsumgütern wie Farben, Pestiziden und Parfüms messen. Die Daten werden von Wissenschaftlern und der US-Umweltschutzbehörde (EPA) untersucht, analysiert und mit hochentwickelten chemischen und Wettermodellen durchgespielt, um die Vorhersagen zur Luftverschmutzung zu verbessern. Die Ergebnisse werden mit staatlichen und lokalen Umweltbehörden geteilt, um Entscheidungen über die wirksamsten Möglichkeiten zur Reduzierung der Luftverschmutzung zu treffen.
Die Daten werden auch zur Auswertung der ersten Beobachtungen der bahnbrechenden NASA-Mission genutzt TEMPO Offsite-Link-Instrument – der erste geostationäre weltraumgestützte Sensor, der die Luftverschmutzung in ganz Nordamerika kontinuierlich misst. Die gewonnenen Erkenntnisse werden die Entwicklung unterstützen neue GeoXO-Satelliten wird gemeinsam von NOAA und NASA entwickelt.
Erforschung der Ursachen anhaltender Verschmutzung
Die EPA, die nationale Luftqualitätsvorschriften festlegt, listet derzeit etwa 200 US-Bezirke auf, die den 2015 festgelegten 8-Stunden-Ozonstandard nicht einhalten. 69 Bezirke erfüllen den seit 2015 geltenden Standard für Feinstaub (PM2,5) nicht 2006. Nach Jahrzehnten des Rückgangs von bodennahem Ozon und Feinstaub in den USA, Der Abwärtstrend hat sich in den letzten Jahren verlangsamt.
Wissenschaftler aus vier NOAA-Forschungslabors unter der Leitung von Labor für chemische Wissenschaften (CSL)Gemeinsam mit NOAA-Satellitenwissenschaftlern und Forschungspiloten leiten sie drei der Forschungsprojekte. Im größten, AEROMMA, betreiben NOAA-Wissenschaftler und Mitarbeiter 30 Spezialinstrumente an Bord des DC-8-Fluglabors der NASA und sammeln eine Vielzahl chemischer Messungen über dicht besiedelten Städten, darunter New York City, Chicago, Toronto und Los Angeles.
„Um Fortschritte bei der Reduzierung der Luftverschmutzung zu erzielen, die sich negativ auf Millionen Amerikaner auswirkt, müssen wir die aktuellen Schadstoffquellen besser verstehen und wissen, was mit diesen Schadstoffen passiert, sobald sie in der Atmosphäre sind“, sagte CSL-Wissenschaftler Carsten Warneke. einer der Missionswissenschaftler des AEROMMA-Projekts.
Jahrzehntelang waren Emissionen fossiler Brennstoffe die Hauptquelle städtischer flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs), die zusammen mit Stickoxiden (NOx) als Vorläufer sowohl für bodennahes Ozon als auch für die Feinstaubverschmutzung fungieren. Da die VOCs aus dem Transportsektor zurückgegangen sind, zeigen aktuelle Untersuchungen der NOAA, dass Verbraucherprodukte, die aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden (sogenannte „flüchtige chemische Produkte“), mittlerweile bis zu 50 % der gesamten petrochemischen VOC-Emissionen in dicht besiedelten städtischen Städten ausmachen können. Diese werden in den Emissionsinventaren möglicherweise nicht ordnungsgemäß berücksichtigt oder in Luftqualitätsmanagementstrategien nicht berücksichtigt.
Die Kampagnen bieten möglicherweise auch die Gelegenheit, eine weitere neu auftretende Luftverschmutzungsquelle zu untersuchen: den Rauch von Waldbränden, der diesen Sommer die Bundesstaaten des Mittleren Westens und der Ostküste bedeckt hat.
Sammeln von Daten von den Gehwegen zu Satelliten
Karte des Jahresdurchschnitts der TROPOMI NO2-Säulendichtemessungen von April 2018 bis März 2019, die die derzeit geplanten primären (ausgefüllte Kreise) und sekundären (gepunktete Kreise) Probenahmebereiche während STAQS innerhalb des TEMPO-Bezugsfelds (schwarze Umrandung) zeigt.
Auch NASA-Forscher setzen zwei davon ein Gulfstream-Forschungsflugzeug Mit dem DC-8 werden Luftqualität und Methan aus großen Höhen über den fünf Städten kartiert, während der DC-8 Messungen in tieferen Höhen sammelt. Ähnlich wie bei den anderen Projekten werden die Daten von der NASA gesammelt STAQS Die Mission wird mit TEMPOs hochauflösenden Schätzungen von Spurengasen und Aerosolen sowie mit Emissionsinventaren und atmosphärischen Prozessen verglichen.
„Die NASA freut sich, bei diesen Feldkampagnen mit NOAA und EPA zusammenzuarbeiten, um zu erfahren, wie man den TEMPO-Satelliten am besten nutzen kann, um stündliche Veränderungen der Luftqualität auf Nachbarschaftsebene über Nordamerika zu beobachten“, sagte Barry Lefer, NASA-Programmwissenschaftler für troposphärische Zusammensetzung.
Eine gleichzeitige NOAA-Forschungsmission, CUPiDS, wird das Forschungsflugzeug Twin Otter der NOAA nutzen, um die Meteorologie und Dynamik der Atmosphäre zu untersuchen, die Schadstoffe erzeugt und aus der New Yorker Metropolregion windabwärts über das südliche Neuengland transportiert. Ein weiteres Element kombiniert ein von der University of Maryland instrumentiertes Cessna-Offsite-Link-Flugzeug und einen von der NOAA instrumentierten SUV, die gleichzeitig Messungen in der Luft und an der Oberfläche durchführen, um die vertikale Verteilung von Luftverschmutzung und Treibhausgasemissionen im Nordostkorridor von DC-Baltimore bis nach New zu besser zu verstehen York City und Long Island Sound.
Vor Ort werden Forscher der Yale University, Aerodyne Research Inc. und anderer von der NOAA finanzierter Kooperationspartner Messungen von einem 62 Meter hohen Forschungsturm aus auf dem Dach des Campus des City College of New York in Guilford, Connecticut, durchführen auf Long Island, in Koordination mit den DC-8- und Twin Otter-Flügen. Das Climate Program Office der NOAA stellt umfangreiche Mittel für diese und andere damit verbundene Studien bereit.
„Dieses regionale Netzwerk von Bodenstandorten hat ein enormes Potenzial, uns dabei zu helfen, die städtische und windabgewandte Luftverschmutzung zu verstehen – nicht nur heute, sondern unter einem sich ständig ändernden Klima“, sagte Yale-Professor Drew Gentner, der Bodenstandorte in New York und Connecticut koordiniert.
In Manhattan werden Wissenschaftler in einem NOAA-Pilotprojekt Luftverschmutzungssensoren in Rucksäcken tragen, um Oberflächenozon und PM2,5 in unterversorgten Vierteln in New York City zu untersuchen, wo sich die Luftverschmutzung insbesondere bei Hitzewellenereignissen direkt auf die menschliche Gesundheit auswirkt.
Alles zusammenfügen
„Die große Anzahl an Teilnehmern, Messungen, die Vielfalt der beteiligten Plattformen und die Art und Weise, wie sie auf hochgradig choreografierte und koordinierte Weise zusammenarbeiten, sind einzigartig“, sagte CSL-Direktor David Fahey. „Unser Ziel ist ein umfassender Überblick über die Luftverschmutzung in den gesamten USA, um Prognosen zur städtischen und regionalen Luftqualität zu verbessern und die Gesundheit unserer Nation zu fördern.“
Mit freundlicher Genehmigung von NOAA.
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