Die Luftqualität in großen Städten ist ein aktuelles Thema besonders mit Bezug auf Straßenverkehr und Gesundheit der Anwohner. Besonders relevant ist dieses Szenario auch in Asien, wo weltweit die größte Ansammlung an Mega-Cities zu finden ist. Die Emissionen verbleiben nicht in den Ballungszentren, sondern Partikel und gasförmige Schadstoffe können mit dem Wind oft tausende Kilometer weit verfrachtet werden.
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) führt noch bis zum 09. April 2018 über Tainan in Taiwan aus Forschungsflüge durch, um die Ausbreitung und Umwandlung der Emissionen von Großstädten wie Manila, Taipei, Seoul, Tokio, Beijing, Shanghai und Guangzhou genauer zu untersuchen. Die wissenschaftliche Leitung des internationalen Projekts EMeRGe (Effect of Megacities on the transport and transformation of pollutants on the Regional and Global scales) liegt bei der Universität Bremen.
Ziel ist es, Ausmaß und Auswirkungen der Luftverschmutzung von Ballungszentren auf die Erdatmosphäre besser zu verstehen und vorhersagen zu können. Zuvor hatten die Wissenschaftler bereits europäische Ballungszentren beflogen. „Rund 100 Flugstunden sind für die Messflüge in den Emissionsfahnen asiatischer Metropolen geplant“, sagt der Leiter des Projekts, Professor John P. Burrows vom Institut für Umweltphysik der Universität Bremen. Das Forschungsflugzeug HALO ist mit insgesamt 20 Messinstrumenten ausgestattet, um die verschiedenen Gas- und Partikelemissionen der Großstädte und ihre Reaktionsprodukte zu erfassen.
Ausbreitung der Schadstoffe erfassen
Dabei interessiert die Forscher, wie sich die Emissionen in der Atmosphäre bei unterschiedlichen Wetterlagen ausbreiten und umwandeln. Entscheidend sind in Asien die hohen Temperaturen, Luftfeuchtigkeit, Sonneneinstrahlung und Häufigkeit von Gewittern. Dr. Hans Schlager vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre. „Bei der Ausbreitung der Emissionen interessiert uns beispielsweise wie viel Ozon aus den Vorläufersubstanzen Stickstoffoxide und Kohlenwasserstoffe entsteht sowie das Ausmaß der Neubildung von Partikeln aus gasförmigen Vorläufern wie Schwefeldioxid und organischen Verbindungen“.
Das speziell instrumentierte Forschungsflugzeug HALO startet jeweils vom Flughafen in Tainan auf Taiwan für die Messflüge zu den verschiedenen asiatischen Metropolen und Ballungsräumen. „Damit die Forscher ein genaues Bild der Verteilung der städtischen Emissionen bekommen, fliegt HALO gestaffelt zunächst in bodennahen Luftschichten, um dann schrittweise in größere Höhen aufzusteigen“, sagt Frank Probst von der DLR-Einrichtung Flugexperimente.
Im Sichtflug um die Mega-Cities
„In Asien bedarf es einer langfristigen und sorgfältigen Planung der Forschungsflüge, weil viele Flugsicherungsstellen unterschiedlicher Länder betroffen sind und eine sehr hohe Flugverkehrsdichte im Bereich der Megacities vorliegt.“ Da die Messflüge auf wolkenfreie Bedingungen angewiesen sind, um in niedrigen Höhen in die Abgasfahnen der Städte fliegen zu können, finden sie jetzt im Frühjahr mit vergleichsweise günstigen Wetterbedingungen statt.
Bei den Messungen werden teilweise Flugmuster in weniger als einen Kilometer über Grund abgeflogen, beispielsweise beim ersten lokalen Messflug am 17. März 2018 über dem Ostchinesischen Meer, bei dem Emissionen von Mega-Cities wie Shanghai erfasst wurden. „Im Tiefflug sind wir im Sichtflug unterwegs und können nur in wolkenfreien Gebieten operieren“, sagt DLR-Forschungspilot Stefan Grillenbeck. Im Sommer 2017 flogen die Wissenschaftler im ersten Teil des Projekts an Bord von HALO bereits im Umfeld von europäischen Metropolen und Ballungsräumen wie London, Rom, Paris, Marseille, Barcelona, das Ruhrgebiet und die Poebene.
EMeRGe international umfasst mehr als 50 Partner aus 16 verschiedenen Ländern. Darunter sind 27 aus Asien. „Diese Partner werden parallel zu den HALO-Flügen ergänzende Messungen von anderen Flugzeugplattformen sowie von bodengestützten Netzwerken durchführen“, sagt Burrows „Beispielsweise sind unbemannte Kleinflugzeuge vom Research Center for Environmental Changes der Academia Sinica in Taipei, unserem Partner in Taiwan, im Einsatz. Bodenmessungen werden zum Beispiel in China, Taiwan, Südkorea, Japan, Philippinen und Thailand durchgeführt.
Ein besonderer Dank gilt dabei den Wissenschaftlern der taiwanesischen Academia Sinica als Gastgeber darunter Direktor Prof Dr. Pao K. Wang und Deputy Direktor Dr. Charles K. Chou und der National Taiwan University besonders Prof. Dr. Po-Hsiung Lin“, so Burrows weiter. Insgesamt sind innerhalb der nächsten vier Wochen etwa zehn HALO-Messflüge über Asien geplant.
Deutsche Forschung und Förderung
Projektpartner in Deutschland sind neben der Universität Bremen das Max-Planck-Institut für Chemie, die Universitäten Mainz, Heidelberg und Wuppertal sowie das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das Forschungszentrum Jülich. Das Projekt EMeRGe wird mit rund sechs Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und dem DLR finanziert.
Spürnase HALO
Das Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) fliegt im Dienste deutscher Umwelt- und Klimaforschungseinrichtungen. Der Betrieb von HALO wird von der DFG, der Max-Planck -Gesellschaft, dem DLR, dem Forschungszentrum Jülich, dem Karlsruher Institut für Technologie, dem Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam und dem Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in Leipzig (TROPOS) getragen. Das DLR ist zugleich Eigner und Betreiber des Flugzeugs. Die Fotos zeigen HALO im Hangar am Flughafen in Tainan, Südtaiwan und beim Flug über der Megacity Taipei.
