Messung der Schadstoffexporte Asiens

Atmosphärenforscher wissen seit langem, dass Luftverschmutzung weite Strecken zurücklegt und ein globales Phänomen ist. Jetzt haben Forscher des Goddard Space Flight Center der NASA die allerersten satellitengestützten Messungen von Schadstoffaerosolen durchgeführt, die von Ostasien nach Nordamerika transportiert wurden.



Ein trüber Tag: Das MODIS-Instrument erfasste am 11. März eine dicke Smog- oder Staubwolke (oder beides) über dem Japanischen Meer. Das Bild zeigt die Wolke, die vor den Küsten Chinas, Nordkoreas und Südkoreas weht und auf Japan zusteuert. Die Wolke ist ein durchscheinendes, schmuddeliges Grau, das sich von den strahlend weißen Wolken im Osten abhebt.

Die Forscher untersuchten Satellitendaten aus vier Jahren und stellten fest, dass die in Nordamerika ankommende Verschmutzung 15 Prozent der lokalen Emissionen der Vereinigten Staaten und Kanadas entsprach. Das ist eine beachtliche Zahl, sagt Hongbin Yu, Associate Research Scientist an der University of Maryland in Baltimore, die bei NASA Goddard arbeitet und die Studie leitete.



Dies bedeutet, dass jede Verringerung unserer Emissionen durch die Verschmutzungsaerosole aus Ostasien und anderen Regionen ausgeglichen werden kann, sagt Yu. Die neue Studie erscheint im April im Amerikanische Geophysikalische Union 'S Zeitschrift für geophysikalische Forschung.



Die Studie wurde von 2002 bis 2005 unter Verwendung von Messungen eines Satelliteninstruments durchgeführt, das als bildgebendes Spektroradiometer mit mittlerer Auflösung bezeichnet wird ( MODE ) an Bord der NASA Erdsatellit . Das Instrument misst die reflektierende Sonnenstrahlung und die emittierte Wärmestrahlung von der Erdoberfläche und Atmosphäre.

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Das satellitengestützte Instrument kann 36 verschiedene Wellenlängen des solar-terrestrischen Spektrums untersuchen, und zwar mit einer besseren räumlichen Auflösung als bisherige Satelliteninstrumente, sagt Lothringen Remer , Physiker und Mitglied des MODIS-Wissenschaftsteams bei Goddard.

Für die Studie haben die Forscher die reflektierte Sonnenstrahlung bei sieben verschiedenen Wellenlängen gemessen. Die Möglichkeit, verschiedene Farben des Spektrums zu sehen, ermöglicht es den Forschern, die Partikelarten genauer zu unterscheiden als die älteren Sensoren, sagt Remer.



Einige Partikel absorbieren Dinge wie schwarzen Kohlenstoff, der aus Dieselabgasen kommt, was ihn zu einer schwarzen Farbe macht, sagt Ronald Prinn , Professor für Atmosphärenwissenschaften und Direktor des Center for Global Change Science am MIT. Partikel, die aus Schwefel entstehen, der bei der Verbrennung von Kohle entsteht, sind sehr hellweiß. Sie können sich die verschiedenen Farben ansehen … und erhalten auch Informationen über Zusammensetzung und Dichte.

Das Instrument ist in der Lage, anhand der Größe zwischen vom Menschen verursachter Verschmutzung und natürlich vorkommenden Partikeln zu unterscheiden. Natürlich vorkommender Staub und Meersalz sind in der Regel größer als Aerosolpartikel, die aus Verbrennungsquellen, Waldbränden, Autos und der Industrie emittiert werden, sagt Remer.

Das MODIS-Instrument scannt einen breiten Streifen der Erde – etwa 2.300 Kilometer – und zählt die Anzahl der empfangenen Photonen, indem es sie in elektrische Signale umwandelt. Das Instrument kann die gesamte Erde an einem Tag vermessen.



MODIS leistet bessere Arbeit als Flugzeuginstrumentierung, weil es die Erde die ganze Zeit beobachten kann, Ereignisse, die nur gelegentlich auftreten, festhält und sie über das ganze Jahr akkumuliert, sagt Richard Honrath , Professor an der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwesen der Michigan Technological University in Houghton. Kontinuierliche Messungen können wir nur am Boden durchführen, aber dann sieht man nur Ereignisse, die auf dem Boden auftreffen, sagt er.

Transkontinentale Verschmutzung: Diese Grafik zeigt die Feinstaubverschmutzung in der Atmosphäre, die im Mai 2003 aus Ostasien über den Nordpazifik transportiert wurde, wie sie das bildgebende Spektroradiometer (MODIS) mit moderater Auflösung an Bord des Terra-Satelliten beobachtet. Die Feinstaubbelastung wird durch die optische Dicke dargestellt, bei der starke Aerosolkonzentrationen in Brauntönen erscheinen, wobei dunklere Farbtöne für höhere Konzentrationen stehen.

Das Instrument erhält auch räumliche und zeitliche Details, die man bei bodengestützten Messungen nie erhalten würde, und es erfasst die gesamten Schadstofffahnen, anstatt nur ein paar Beobachtungsstationen nach oben zu sehen, sagt Prinn.

NASA-Forscher zeichneten zwei virtuelle Linien bei 20 Grad Nord bis 60 Grad Nord und maßen den optischen Effekt der Partikel, als sie diese Linien überquerten, sagt Yu. Mit einer von ihm entwickelten Software sammelten die Forscher diese Daten und kartierten sie, um weltweit zu sehen, wo sich die Verschmutzung befindet.

Die Forscher fanden heraus, dass 18 Teragramm – fast 40 Milliarden Pfund – Umweltverschmutzung aus Asien exportiert werden und dass 4,5 Teragramm – 10 Milliarden Pfund oder etwa 25 Prozent – ​​jährlich Nordamerika erreichen, sagten Mian Chin , ein Atmosphärenwissenschaftler bei der NASA und Mitautor der Studie. Aber das Instrument misst die gesamte Atmosphärensäule und hat nicht die vertikale Struktur, daher ist unbekannt, wie viele der Schadstoffe sich an der Oberfläche und wie viele in der Luft befinden, sagt Chin.

Trotz dieser Unsicherheit sagen die Wissenschaftler, dass die Luftverschmutzung in größeren Höhen wahrscheinlich am besorgniserregendsten ist. Wir glauben, dass die nach Nordamerika importierte Verschmutzung das Wetter und das Klima beeinflussen wird; Wir erwarten keine großen Auswirkungen auf die Luftqualität, weil Partikel aus Ostasien in große Höhen exportiert werden, sagt Yu.

Es sei sehr schwierig, die Schadstoffbelastung durch vom Menschen verursachte Schadstoffe auf ein extrem niedriges Niveau zu senken, weil Schadstoffe aus anderen Ländern in die Luft gelangen, die beispielsweise die US-Umweltschutzbehörde nicht kontrollieren könne, sagt Prinn. Stimmt Honrath zu: Sie müssen das zukünftige industrielle Wachstum Asiens berücksichtigen, wenn Sie langfristige Pläne zur Erreichung der Luftqualitätsziele in den USA entwickeln.

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