Luftverschmutzung in urbanen Räumen E-Book

Stefan Galler

• Herausgeber: Studylab
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2017

Seitenzahl: 84

Beschreibung

Die stetig wachsende Weltbevölkerung und die rasant ansteigende Urbanisierung tragen zu erhöhten Umweltbelastungen bei. Ein negativer Aspekt dieser modernen Entwicklung ist die Verschmutzung der Luft durch Schadstoffe. Sie stellt besonders in urbanen Gebieten ein Problem für die Gesundheit dar und verursacht zusätzliche Kosten für das Gesundheitssystem. Vor diesem Hintergrund untersucht diese Studie den aktuellen Zustand der Luftqualität in urbanen Räumen. Dabei liegt der Schwerpunkt auf Europa, den USA und der Volksrepublik China. Die Analyse nimmt die zurzeit problematischsten Luftschadstoffe Feinstaub, Stickstoffdioxid und Ozon in den Fokus. In diesem Buch stellt der Autor die Grenzwerte, die in Europa, den USA und der Volksrepublik China gelten, dar und vergleicht sie mit den Richtlinien der WHO, um Abweichungen aufzuzeigen. Mit Hilfe von Studienergebnissen werden die Auswirkungen der Luftschadstoffe auf die menschliche Gesundheit näher beleuchtet. Zum Abschluss schlägt der Autor Maßnahmen vor, mit denen man das Problem der Luftverschmutzung in urbanen Räumen in den Griff bekommen kann. Aus dem Inhalt: - Luftverschmutzung; - Feinstaub; - Stickstoffdioxid; - Ozon; - Gesundheit; - Luftqualität

Leseprobe

Impressum:

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Inhaltsverzeichnis

Abstrakt

Abstract

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Fragestellungen

1.2 Zielsetzung

2 Urbanes Klima

2.1 Allgemeines zum urbanen Klima

2.2 Windverhältnisse und Luftaustausch

2.2.1 Beeinflussung des städtischen Windfeldes durch Oberflächenrauheit

2.2.2 Stadtatmosphäre und Windfeld

2.2.3 Auswirkung der Kaltluftzufuhr auf die Windverhältnisse

2.3 Windsysteme mit Auswirkung auf das urbane Klima

2.3.1 Berg-Talwind

2.3.2 Hangwind

2.3.3 Land-Seewind

3 Luftschadstoffe

3.1 Smog

3.2 Klassische Luftschadstoffe

3.2.1 Feinstaub

3.2.2 Stickstoffdioxid

3.2.3 Ozon

3.2.4 Schwefeldioxid

3.2.5 Kohlenmonoxid

3.3 Luftqualitätsrichtlinien und Grenzwerte

3.3.1 Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation

3.3.2 Grenzwerte in Europa

3.3.3 Grenzwerte in den USA

3.3.4 Grenzwerte in der Volksrepublik China

3.3.5 Vergleich der Luftgütestandards

3.4 Gesundheitliche Auswirkungen der Luftschadstoffe

3.4.1 Feinstaub

3.4.2 Stickstoffdioxid

3.4.3 Ozon

3.4.4 Schwefeldioxid

4 Analyse der Luftbelastung in urbanen Räumen

4.1 Feinstaubbelastung

4.1.1 Länder

4.1.2 Städte

4.2 Stickstoffdioxidbelastung

4.2.1 Europa

4.2.2 Vereinigte Staaten von Amerika

4.2.3 VR China und Japan

4.3 Ozonbelastung

4.3.1 Vereinigte Staaten von Amerika

4.3.2 Europa

4.3.3 VR China

5 Räumliche Auswirkungen

6 Lösungen und Maßnahmen

6.1 Urbane Vegetation

6.2 Sonstige Maßnahmen zur Luftschadstoffreduktion

6.2.1 Photokatalytischer Asphalt

6.2.2 City Maut

6.2.3 Tempolimits

7 Diskussion

8 Zusammenfassung

9 Literatur

Abstrakt

Die vorliegende Studie untersucht den aktuellen Zustand der Luftqualität in ur-banen Räumen mit Schwerpunkt auf Europa, den USA und der Volksrepublik Chi-na. Die Analyse beschränkt sich dabei auf die zurzeit problematischsten Luft-schadstoffe Feinstaub, Stickstoffdioxid und Ozon. Es werden die Grenzwerte die in Europa, den USA und der Volksrepublik China gelten dargestellt und mit den Richtlinien der WHO verglichen um Abweichungen aufzuzeigen. Mit Hilfe von Studienergebnissen sollen die Auswirkungen der Luftschadstoffe auf die mensch-liche Gesundheit näher beleuchtet werden. Zum Abschluss werden Maßnahmen präsentiert, wie man das Problem der Luftverschmutzung in urbanen Räumen in den Griff bekommen kann.

Abstract

The present study examines the current state of air quality in urban areas with an emphasis on Europe, the US and the People's Republic of China. The analysis is limited to the currently most problematic air pollutants particulate matter, nitro-gen dioxide and ozone. The air quality limits of europe, the US and the People’s Republic of China will be presented and compared with the guidelines of the world health organisation to show the differences. The effects of air pollutants on human health are presented by means of study results and conclusions are shown, on how to tackle the problem of air pollution in urban areas.

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Temperaturdifferenz urbaner Raum und Umland (Puebla/Mexiko)

Abbildung 2: Luftzirkulation im urbanen Gebiet

Abbildung 3: Windgradient im urbanen Raum und im Umland

Abbildung 4: Städtische Atmosphäre

Abbildung 5: Talwind und Hangaufwind

Abbildung 6: Hangabwind und Hangaufwind

Abbildung 7: Land-See Windsystem

Abbildung 8: Smogarten

Abbildung 9: Smog in Peking

Abbildung 10: Unterschiede in den Grenzwerten für Feinstaub (µg/m³)

Abbildung 11: Todesfälle durch Luftverschmutzung bei Kindern bis zu 5 Jahren

Abbildung 12: Todesfälle durch Luftverschmutzung

Abbildung 13: Todesfälle durch Luftverschmutzung

Abbildung 14: Feinstaubbelastung (PM10) in 1600 urbanen Räumen

Abbildung 15: Feinstaubbelastung (PM2.5) in urbanen Gebieten

Abbildung 16: Stickstoffdioxidkonzentrationen 2005 (oben) und 2014 (unten) in Europa

Abbildung 17: Rückgang der Stickstoffdioxidkonzentrationen in Europa

Abbildung 18: Stickstoffdioxidkonzentrationen in den USA 2005 (oben) und 2014  (unten)

Abbildung 19: Rückgang der Stickstoffdioxidkonzentrationen in den USA

Abbildung 20: Trend der Stickstoffdioxidkonzentration in China und Japan

Abbildung 21: Stickstoffdioxidbelastung im Ostasiatischen Raum 2014

Abbildung 22: Klimatische Regionen in den Vereinigten Staaten

Abbildung 23: Rückgang der Ozonkonzentration in Europa 2002 – 2011

Abbildung 24: Durchschnittliche Ozon Konzentrationen in der VR China Juli 2014

Abbildung 25: Durchschnittliche Ozon Konzentrationen in der VR China Jänner 2015

Abbildung 26: Stickoxid und Feinstaub Reduktion durch das CLRTAP

Abbildung 27: Grenzüberschreitende Luftverschmutzung

Abbildung 28: Luftqualitätsverbesserung durch Bäume in den USA

Abbildung 29: Luftschadstoffneutralisation durch Gründächer

Abbildung 30: Luftschadstoffneutralisation verschiedener Vegetationstypen

Abbildung 31: Stickoxidkonzentrationen über photokatalytisch aktivem Asphalt

Abbildung 32: Stickoxidreduktion (%) mit/ohne Waschung der Oberfläche

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Kaltluftproduktionsraten verschiedener Landschaftstypen

Tabelle 2: WHO Richtwerte für Luftschadstoffe

Tabelle 3: Luftschadstoffgrenzwerte in der EU

Tabelle 4: Luftschadstoffgrenzwerte in den USA

Tabelle 6: Weltweite Feinstaubbelastung (PM10)

1 Einleitung

Die stetig wachsende Weltbevölkerung und die rasant ansteigende Urbanisierung tragen zu erhöhten Umweltbelastungen bei. Ein negativer Aspekt dieser modernen Entwicklung ist die Verschmutzung der Luft durch Luftschadstoffe. Sie stellt besonders in urbanen Gebieten ein Problem für die Gesundheit der Menschen dar und verursacht zusätzliche Kosten für das Gesundheitssystem. Die Menschen, die in Städten und Ballungszentren leben, können sich gegen die negativen Auswirkungen der Luftschadstoffe nicht schützen und haben keine andere Möglichkeit, als mit jedem Atemzug die mit Schadstoffen belastete Luft einzuatmen. Dies führt zu gesundheitlichen Einbußen und damit zu einer geringeren Lebensqualität.

Wie negativ sich die Verschmutzung der Luft in urbanen Gebieten auf die menschliche Gesundheit auswirkt konnte man beispielsweise bei der Smog Katastrophe in London im Dezember 1952 sehen. Während einer Nebelperiode traten stark erhöhte Schwefeldioxid und Ruß Konzentrationen in der Luft auf. Dieser starken Belastung der Luft fielen mehrere tausend Menschen zum Opfer.

Auf globaler Ebene besteht, neben den urbanen Räumen im Mittleren Osten, in China der größte Handlungsbedarf. Hier erreichen beispielsweise die Feinstaubkonzentrationen Rekordwerte. Die Luft ist in den chinesischen Metropolen zeitweise so belastet, dass es für die Bevölkerung nicht möglich ist, sich im Freien aufzuhalten ohne gesundheitliche Konsequenzen. Im Vergleich dazu hat sich in Europa die Luftqualität seit der Zeit der Industrialisierung deutlich gebessert. Dennoch gibt es in den urbanen Räumen Europas des Öfteren Überschreitungen der von der EU festgelegten Grenzwerte.

Auf den folgenden Seiten soll nun näher auf das Problem der Luftverschmutzung in urbanen Gebieten eingegangen werden. Da die Stadt ein spezielles Klima aufweist, das sich vom Umland unterscheidet, wird zuerst der Frage nachgegangen, wie das Klima der Stadt die Luftverschmutzung beeinflusst. Nach einer Darstellung der Auswirkung der in der Luft vorkommenden Schadstoffe auf die menschliche Gesundheit und der Vorstellung der wichtigsten Luftschadstoffe folgt eine detaillierte Analyse der gegenwärtigen lufthygienischen Situation weltweit mit Schwerpunkten in China, Europa und den USA. Anschließend wird näher auf die räumlichen Auswirkungen der Luftverschmutzung eingegangen, insbesondere der Transport der Schadstoffe über weite Distanzen.

Im zweiten Teil der Studie sollen Lösungen und Maßnahmen aufgezeigt werden, die geplant oder bereits umgesetzt worden sind um das Problem der Luftverschmutzung in den Griff zu bekommen. Zudem soll analysiert werden, wie sich urbanes Grün auf die Verschmutzung der Luft auswirkt. Es folgt eine Diskussion der Ergebnisse mit einer anschließenden Zusammenfassung.

1.1 Fragestellungen

Die nachfolgende Studie orientiert sich an folgenden Fragestellungen:

Wie ist der aktuelle Zustand der Luftqualität in urbanen Räumen weltweit, besonders in Europa, den Vereinigten Staaten und der Volksrepublik China?

Werden die Grenzwerte eingehalten?

Wie stark sind die gesundheitlichen Auswirkungen auf die Menschen, die in urbanen Räumen den erhöhten Luftschadstoffkonzentrationen ausgesetzt sind?

Welche Möglichkeiten gibt es, die Luftqualität in urbanen Räumen zu verbessern?

1.2 Zielsetzung

Folgende Vorgehensweisen sollen die oben angeführten Fragestellungen beantworten:

Vergleich der Luftschadstoffgrenzwerte der Länder mit den Richtlinien der WHO, um etwaige Differenzen darzustellen

Aufzeigen der gesundheitlichen Konsequenzen einzelner Schadstoffe mit Hilfe von Studienergebnissen

2 Urbanes Klima

Das modifizierte Klima urbaner Räume beeinflusst die Konzentration und Verbreitung von Luftschadstoffen sehr stark. In diesem Kapitel wird deshalb die veränderte klimatische Situation in urbanen Räumen kurz dargestellt. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf den veränderten Luftströmungsverhältnissen. Sie haben wohl den größten Einfluss auf die lufthygienische Situation im urbanen Raum.

2.1 Allgemeines zum urbanen Klima

Urbane Räume unterscheiden sich in der Regel sehr stark voneinander und weisen Unterschiede in Größe, Struktur und Bauweise auf. Man kann daher nicht von einem einheitlichen urbanen Klima sprechen, das allgemein gültig ist. Vielmehr bildet jeder urbane Raum ein individuelles Klima aus, das sich von seinem Umland unterscheidet. Das urbane Klima ist sehr anfällig gegenüber Veränderungen in der Struktur des Raumes. So kann beispielsweise eine Änderung der Infrastruktur das Klima der Stadt erheblich beeinflussen (Kommission Reinhaltung der Luft1988: 4).

Einer der wichtigsten Unterschiede zwischen dem Klima des urbanen Raums und dem des Umlandes ist die im urbanen Raum auftretende höhere Lufttemperatur. Dieser Effekt wird allgemein als „Urban Heat Island“ bezeichnet. Beschrieben wurde die städtische Wärmeinsel erstmals vor 150 Jahren für London (Helbig & Baumüller1999: 32). Sie tritt hauptsächlich bei ruhigem sommerlichen Strahlungswetter in der Nacht auf (Hupfer & Kuttler2005: 389). Im Laufe des Vormittags gleicht sich die Lufttemperatur des Umlandes immer mehr dem urbanen Raum an. Zu Mittag sind kaum noch Temperaturdifferenzen festzustellen (vgl. Abbildung 1).

Abbildung 1: Temperaturdifferenz urbaner Raum und Umland (Puebla/Mexiko)

Quelle: Gab G. o.J.