Wirkung des Lockdowns auf Luftqualität an den Straßen und damit im Alltag zu spüren
Leipzig,
25.03.2021
TROPOS-Auswertung aus Leipzig zeigt für Frühjahr 2020 weniger Stickstoffdioxid und Ruß an Verkehrsstationen
Leipzig. Im Zusammenhang mit den Auswirkungen der Coronavirus-Pandemie wurde viel darüber diskutiert, wie stark sich der Lockdown auf Luftqualität und Klima auswirkt. Eine Auswertung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) zeigt jetzt: Der erste Lockdown im Frühjahr 2020 hat deutlich zur Verbesserung der Luft beigetragen. So war an den Verkehrsstationen im Westen und Osten von Leipzig ein Rückgang von Stickoxid (NOx) sowie Ruß (BC) zu verzeichnen. An den großen Straßen und damit für viele Menschen wurde die Luft entsprechend der Verkehrsreduktion besser. Die Auswertung beruht auf Messdaten verschiedener Stationen in Leipzig von TROPOS und Sächsischem Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG), bei denen der Einfluss des Wetters anschließend aufwendig korrigiert wurde. Die Analyse ist vorläufig, noch nicht wissenschaftlich begutachtet und soll 2021 bei einem Fachjournal eingereicht werden.
Zur Bekämpfung der Pandemie im Frühjahr 2020 hatten sich in Deutschland am 22. März Bund und Länder auf strenge Ausgangs- und Kontaktbeschränkungen geeinigt, die bis 5. Juni auch in Sachsen für eine reduzierte Mobilität sorgten. Diese Beschränkungen gingen als Lockdown in die Umgangssprache ein und wird seitdem kontrovers diskutiert. Aus wissenschaftlicher Sicht sind diese Maßnahmen ein Feldexperiment in bisher beispiellosen Dimensionen: Die Atmosphärenforschung interessiert zum Beispiel, welche Wirkung eine Reduktion des Verkehrs auf Luftverschmutzung und Klimaerwärmung haben kann. Weltweit haben daher Forschende Daten analysiert. Darunter auch eine europaweite Studie der EU-Forschungsinfrastruktur für kurzlebige atmosphärische Bestandteile wie Aerosol, Wolken und Spurengase (ACTRIS), deren deutscher Beitrag vom TROPOS koordiniert wird.
Um die Wirkung des Lockdowns auf die lokale Luftqualität zu untersuchen, hat TROPOS am Beispiel von Leipzig diverse Messungen ausgewertet. Dazu wurden zwei stationäre Messstationen vom TROPOS verwendet: Die Station in der Permoser Straße im Nordosten Leipzigs ist etwa 150 Meter von der B6 entfernt. Die Station in der Eisenbahnstraße nahe dem Stadtzentrum befindet sich in einer stark befahrenen Straßenschlucht. Außerdem wurde der Datensatz mit Messungen der LfULG-Station in der Lützner Straße im Westen Leipzigs sowie mit Verkehrszählungen der Stadt Leipzig ergänzt.
Schnell zeigte sich, dass die Wetterlage im Frühjahr großen Einfluss auf die Luftqualität hatte: Während kurz vor dem Lockdown eine Westwind-Wetterlage mit sauberer Luft vom Atlantik vorherrschte, änderte sich in der ersten Lockdown-Woche die Großwetterlage: Ostwind brachte kontinental geprägte und stärker verschmutzte Luft aus Osteuropa nach Mitteldeutschland. Die Phase des Lockdowns im April/Mai war zudem durch geringe Niederschläge und wenig Wind geprägt, was das Anreichern von Schadstoffen in der Luft begünstigt – wie Forschende des TROPOS bereits 2020 in einer Studie zum Luftschadstoff Stickstoffdioxid in Sachsen nachweisen konnten.
Im Frühjahr 2020 überlagerten sich also zwei Effekte: Auf der einen Seite sorgte weniger Straßenverkehr für weniger Schadstoffe. Auf der anderen Seite blieben die Schadstoffe aber durch das austauscharme Wetter länger vor Ort und konnten sich so stärker anreichern. Außerdem kamen zusätzlich Schadstoffe durch Ferntransport aus Osteuropa dazu, wo das trockene Frühjahr bereits für erste Waldbrände sorgte. Für eine fundierte Analyse war es deshalb nötig, beide Effekte auseinanderhalten zu können. Dr. Dominik van Pinxteren nutzte für die statistische Analyse eine Methode aus dem Bereich des maschinellen Lernens, deren Anwendung im Bereich Luftqualität erstmals 2009 von britischen Forschern veröffentlicht wurde und die sich bereits beim „Herausrechnen“ des Wettereinflusses auf Stickstoffdioxid-Werte in Sachsen bewährt hat.
Anhand von Datenreihen aus den Jahren 2016 bis 2019 und wichtigen Faktoren wie Tageszeit, Jahreszeit, Wetter, Höhe der Grenzschicht und Herkunft der Luftmassen wurde es so möglich, per Computermodell vorherzusagen, welche Schadstoffkonzentrationen 2020 theoretisch zu erwarten gewesen wären. Die Vorhersage verglich das Team dann mit den tatsächlichen gemessenen Schadstoffkonzentrationen. Die Differenz zwischen beiden Werten entspricht insbesondere an den Messstationen in Straßennähe der Luftqualitätsverbesserung, die auf den reduzierten Verkehr zurückzuführen ist.
Für Stickoxide (NOx) zeigte sich dabei an der LfULG-Station Lützner Straße im Westen von Leipzig im Durchschnitt ein Rückgang um 25 Mikrogramm pro Kubikmeter, was knapp einem Drittel der ohne Lockdown erwarteten Konzentrationen bei vergleichbarer Wetterlage entspricht. Diese Schadstoffreduktion ist in einer Größenordnung, die dem Rückgang des Verkehrs in diesem Zeitraum entspricht: In der Lützner Straße wurden zu Beginn des ersten Lockdowns etwa 35 Prozent weniger PKW, 15 Prozent weniger Kleintransporter und 10 Prozent weniger LKW gezählt.
Für Ruß (BC), den TROPOS an der Eisenbahnstraße östlich des Leipziger Zentrums misst, ergab die Analyse einen Rückgang von bis zu 0,6 Mikrogramm pro Kubikmeter, was etwa 40 Prozent der erwarteten Konzentrationen entspricht. Im Durchschnitt ging Ruß während der reichlich zwei Monate Lockdown im Frühjahr 2020 in der Leipziger Eisenbahnstraße um 0,4 Mikrogramm pro Kubikmeter zurück, was einen Rückgang um etwa 20 Prozent entspricht.
Zum Vergleich: Die Umweltzone Leipzig hatte den Ruß zwischen 2011 und 2017 um etwa 60 Prozent reduziert. Dieser Rückgang erfolgte aber über sechs Jahre, ausgehend von einem damals noch höheren Niveau, und war nachhaltiger angelegt, weil die Umweltzone die Modernisierung der Fahrzeugflotte beschleunigte. Nachgewiesen wurde dieser Rückgang 2017 an der LfULG-Station Leipzig-Mitte, die 2020 durch Baustellen im Umfeld für die aktuelle Lockdown-Analyse jedoch nicht genutzt werden konnte. Der Trend zu mehr Kaminen und Holzheizungen macht die Fortschritte für die Luftqualität, die in den letzten Jahren im Verkehrssektor erreicht wurden, zum Teil wieder zu Nichte, in dem er für ein Ansteigen von Feinstaub und Ruß während der Heizsaison auch in den Städten sorgt. „Im städtischen Hintergrund an unserer Station am Institut, die abseits des Verkehrs liegt, waren die Effekte dagegen kaum zu spüren. Grundsätzlich sind im städtischen Hintergrund die Verkehrseinflüsse nicht mehr so dominant und sowohl für Stickoxid als auch für Ruß spielen andere Quellen eine stärkere Rolle. Darin sehen wir einen Grund für diese Unterschiede“, erklärt Dominik van Pinxteren vom TROPOS.
Fazit: Der Lockdown im Frühjahr 2020 hat auch in Leipzig zur Verbesserung der Luftqualität beigetragen, insbesondere in Straßennähe. Für die Luftschadstoffe Stickoxid und Ruß konnte unter Berücksichtigung der Witterungseinflüsse ein deutlicher Rückgang statistisch nachgewiesen werden, der ungefähr dem Rückgang des Verkehrsaufkommens entspricht. Allerdings wurden die Auswirkungen von weniger Kfz durch die Auswirkungen des trockenen Frühjahrswetters überlagert und sind daher in den reinen Messdaten nicht direkt zu erkennen. Tilo Arnhold
Kontakte:
Dr. Dominik van Pinxteren
Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Abteilung Chemie der Atmosphäre
Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS)
Tel. +49 341 2717- 7029
https://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/dominik-van-pinxteren
und
Dr. Bernd Heinold
Abteilung Modellierung Atmosphärischer Prozesse
Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS)
Tel. +49 341 2717- 7052
https://www.tropos.de/institut/ueber-uns/mitarbeitende/bernd-heinold
oder
Tilo Arnhold
TROPOS-Öffentlichkeitsarbeit
Tel. +49-341-2717-7189
http://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/
Links:
Verkehrsdichte, Wind und Luftschichtung beeinflussen die Belastung mit dem Luftschadstoff Stickstoffdioxid (Pressemitteilung, 26.06.2020): https://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/verkehrsdichte-wind-und-luftschichtung-beeinflussen-die-belastung-mit-dem-luftschadstoff-stickstoffdioxid
LfULG-Projekt „Meteorologische Einflüsse auf Stickstoffdioxid“: https://www.luft.sachsen.de/Inhalt_FuE_Projekt_Witterung_NOx_Ozon.html
Umweltzone senkt Gesundheitsbelastung deutlich (Pressemitteilung, 14.12.2017): https://www.tropos.de/aktuelles/pressemitteilungen/details/umweltzone-senkt-gesundheitsbelastung-deutlich
Chemische Aerosolcharakterisierung und Prozessaufklärung am TROPOS: https://www.tropos.de/institut/abteilungen/chemie-der-atmosphaere/feldexperimente/chemische-aerosolcharakterisierung-und-prozessaufklaerung
COVID-19 campaigns by ACTRIS: http://www.actris.eu/Outreach/News/ACTRISUpdates.aspx
Das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft, die 96 selbständige Forschungseinrichtungen verbindet. Ihre Ausrichtung reicht von den Natur-, Ingenieur- und Umweltwissenschaften über die Wirtschafts-, Raum- und Sozialwissenschaften bis zu den Geisteswissenschaften. Leibniz-Institute widmen sich gesellschaftlich, ökonomisch und ökologisch relevanten Fragen.
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