„Umherziehende Wächter“ entdecken neue Luftverschmutzungsquellen

Im Jahr 2019 fügten Atmosphärenforscher der University of Utah, der Environmental Defense Fund und andere Partner ihrem Köcher an Luftqualitätsmonitoren ein neues Tool hinzu: zwei Google Street View-Autos, umherziehende Wächter im Salt Lake Valley, die hyperlokale Luftverschmutzungs-Hotspots erkennen würden.

In den folgenden Monaten entwickelte John Lin, Professor für Atmosphärenwissenschaften an der U.S., einen neuen Modellierungsansatz, der modellierte Windmuster und statistische Analysen nutzte, um die Verschmutzung bis zu ihrem Ursprungsort in einem Ausmaß zurückzuverfolgen, das bisher von herkömmlichen Überwachungsprojekten mit größerem Maßstab übersehen wurde charakterisierte Luftqualität, gemittelt über einen gesamten städtischen Luftschuppen.

Die Ergebnisse werden in einen U- und Environmental Defense Fund (EFD) geleitet Studie das wurde in der Oktoberausgabe 2023 der Zeitschrift veröffentlicht Atmosphärische Umgebung.

„Mit mobilen Fahrzeugen kann man sie buchstäblich überallhin schicken, wohin sie fahren könnten, um die Umweltverschmutzung zu kartieren, einschließlich Quellen abseits der Straße, die bei früheren Überwachungen übersehen wurden“, sagte Lin, der auch als stellvertretender Direktor des Wilkes Center for Climate Science & fungiert. Politik. „Ich denke, die Idee eines umherziehenden Wächters wäre für viele Städte durchaus machbar.“

Die Forscher bestückten die Fahrzeuge mit Luftqualitätsmessgeräten und wiesen die Fahrer an, Straße für Straße durch die Viertel zu fahren und dabei eine Luftprobe pro Sekunde zu entnehmen, um einen riesigen Datensatz der Luftschadstoffkonzentrationen im Salt Lake Valley von Mai 2019 bis März 2020 zu erstellen. Die Beobachtungen waren erfolgreich die bisher höchstaufgelöste Karte von Verschmutzungs-Hotspots in feinen Maßstäben – die Daten erfassten die Variabilität innerhalb von 200 Metern oder etwa zwei Fußballfeldern.

„Die große Erkenntnis ist, dass die Luftverschmutzung von einem Ende eines Blocks zum anderen stark räumlich variiert. Es kann große Unterschiede in der Atmung der Menschen geben, und dieses Ausmaß wird von den typischen Aufsichtsbehörden und der Richtlinie nicht erfasst.“ die die US-Umweltschutzbehörde EPA zur Kontrolle der Luftverschmutzung einsetzt“, sagte Tammy Thompson, leitende Luftqualitätswissenschaftlerin bei EDF und Mitautorin der Studie.

Die Luftqualitätsmuster entsprachen den Erwartungen, wobei die Luftverschmutzung rund um Verkehrs- und Industriegebiete höher war. In Stadtteilen mit niedrigerem Durchschnittseinkommen und einem höheren Anteil schwarzer Einwohner waren die Schadstoffe höher, was ein bekanntes Problem der Umweltgerechtigkeit bestätigt. Dieses Muster geht auf Redlining-Richtlinien von vor einem Jahrhundert zurück, als die Homeowner’s Loan Corp. Karten erstellte, auf denen „gefährliche“ Viertel mit roter Tinte markiert waren.

In den abgegrenzten Stadtvierteln war die Luftqualität oft schlecht, da dort neben den Bewohnern, bei denen es sich häufig um People of Color handelte, auch Industriebetriebe betrieben wurden. Stadtplaner verschärften die Umweltprobleme, indem sie die Karten als Rechtfertigung für den Bau von Autobahnen und die Genehmigung von Industrieunternehmen in den sogenannten Gefahrengebieten verwendeten.

„Luftqualität ist kein neues Problem. Es gibt es schon seit Jahrzehnten und wahrscheinlich war es damals noch viel schlimmer“, sagte Lin. „Der I-15-Korridor folgt diesen abgegrenzten Stadtteilen. Und leider gibt es eine ganze Reihe von Untersuchungen, die die Tatsache belegen, dass die abgegrenzten Stadtteile von vor 80 Jahren immer noch wichtig sind. Diese befinden sich in den Stadtteilen, die immer noch mit Problemen mit der Luftqualität zu kämpfen haben. Das Erbe von Es gibt immer noch Rassendiskriminierung, da es sich in der Regel um die unterfinanzierten Viertel handelt.“

Eine Straßenansicht der Luftverschmutzung

Die in den Google Street View-Autos installierten forschungstauglichen Instrumente maßen die aus der Umgebung eingepumpte Umgebungsluft und unterschieden die chemischen Signaturen wichtiger Luftschadstoffe, darunter Stickoxide (NOx), die von Autos, Lastwagen, Nichtstraßenfahrzeugen und Kraftwerken emittiert werden; Ruß (BC) aus unvollständiger Verbrennung von Straßen- und Geländedieselfahrzeugen und Industrieöfen; Feinstaub (PM2,5) aus Staub oder Asche; und Methan, hauptsächlich aus der Deponie.

Die Forscher wiesen die Fahrer an, Luftproben aus 26 Stadtteilen zu nehmen, von den Industriegebieten von North Salt Lake bis hin zu Wohngebieten im Süden wie Cottonwood Heights und West Jordan. Die Forscher wählten Stadtteile aus, die im gesamten Tal unterschiedliche demografische Merkmale aufwiesen, einschließlich des Anteils schwarzer Einwohner, eines Durchschnittseinkommens zwischen 34.000 und über 100.000 und Gebieten, die von Industrie- oder Wohngebäuden dominiert werden.

Die meisten Schadstoffe zeigten ein starkes Muster, das das bestätigte, was wir bereits wissen: Die NOx-, PM2,5-, BC- und CO2-Werte waren entlang der Autobahnen im Tal erhöht. Gebiete mit hohen Konzentrationen eines Schadstoffs waren wahrscheinlich reich an anderen Schadstoffen, entweder aus einer einzigen Quelle, die mehrere Schadstoffe emittierte, oder aus sich überschneidenden Quellen.

„Es ist irgendwie langweilig zu sagen: „Na ja, es gibt Umweltverschmutzung auf den Straßen.“ Jeder weiß das. Richtig? Also wollten wir die Daten nutzen, um die Quellen abseits der Straße zu finden“, sagte Lin.

Die Autoren testeten Lins neue Methode zur Atmosphärenmodellierung anhand von zwei Fallstudien bekannter Verschmutzungsquellen – einer großen Methanquelle auf einer Mülldeponie und einer bekannten PM2,5-Quelle in einer Kiesgrube.

Anschließend verwendeten sie das Modell, um ein bisher unbekanntes Gebiet mit erhöhten PM2,5-Werten zu analysieren, das sich in einem Industriegebiet südlich des Flughafens von Salt Lake City befindet.

Nächste Schritte

Die Autoren hoffen, dass auch andere Orte die neue Methode zur Identifizierung von Schadstoff-Hotspot-Quellen nutzen werden, um ihre Städte sicherer zu machen, einschließlich der Identifizierung temporärer Quellen wie Gaslecks und permanenter Quellen wie Industriequellen. Umherziehende Wächter könnten politischen Entscheidungsträgern dabei helfen, Vorschriften zu erlassen und Ressourcen effektiver zu nutzen, um den Schaden für ihre Bürger zu mindern.

Die Autoren hoffen, das Atmosphärenmodell für Projekte wie Air Tracker nutzen zu können, ein einzigartiges webbasiertes Tool, das Benutzern hilft, die wahrscheinliche Quelle der Luftverschmutzung in ihrer Nachbarschaft zu finden.

Air Tracker basiert auf vertrauenswürdigen wissenschaftlichen Echtzeitmodellen, ist mit Luftverschmutzungs- und Wetterdaten gekoppelt und wurde in Zusammenarbeit mit der U, EDF und dem CREATE Lab der Carnegie Mellon University entwickelt. Damit können Benutzer mehr über die Luft erfahren, die sie atmen Schadstoffkonzentrationen und ihre potenziellen Quellen. Air Tracker ist im Salt Lake City Valley live und wird in den nächsten Monaten an weiteren Standorten im ganzen Land eingeführt.

„Bei dieser Arbeit geht es um viele wichtige Aspekte der Umweltgerechtigkeit“, sagte Thompson vom EDF. „Wir müssen in der Lage sein zu verstehen, wie die durchschnittliche Luftverschmutzung in verschiedenen Gemeinden aussieht, und dann verstehen, warum es Schwankungen und Hotspots gibt und was wir daher dagegen tun können. Das ist wirklich sehr, sehr wichtig, je mehr wir lernen und.“ mehr über die Ungleichheit der Luftverschmutzung und darüber, was wir im ganzen Land einatmen.“

Die Studie, die unter dem Titel „Auf dem Weg zur hyperlokalen Quellenidentifizierung von Schadstoffen in Städten durch Kombination mobiler Messungen mit atmosphärischer Modellierung“ veröffentlicht wurde, nutzte Ressourcen des Center for High Performance Computing der Vereinigten Staaten für die Berechnung der räumlichen Verteilung der Verschmutzung und die Entwicklung der Methodik zur Lokalisierung von Emissionsquellen.