Wer wissen will, wie sauber die Luft ist, schaut meist auf Messwerte von Bodenstationen. Doch sie zeigen nur einen Teil des Bildes. In 100 Metern Höhe kann die Luft deutlich stärker belastet sein als am Boden. Eine internationale Studie unter Beteiligung des Leipziger Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) zeigt nun, wie Drohnen mit günstigen Sensoren diese Wissenslücke schließen können.
Die Forschenden testeten ihre Methode in Delhi, einer der am stärksten belasteten Megastädte der Welt. Dort maßen sie an einzelnen Smogtagen in 100 Metern Höhe bis zu 60 Prozent mehr Feinstaub als am Boden. Feinstaub besteht aus winzigen Partikeln, die kleiner als ein Zwanzigstel Millimeter sind. Sie sind so klein, dass sie tief in die Lunge eindringen und über die Blutbahn sogar andere Organe erreichen können, was das Risiko für Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen erhöht. Die Ergebnisse der Studie sind im Fachjournal npj Clean Air erschienen.
Spezielle Technik gegen Luftverwirbelungen
Eine technische Herausforderung war, dass die Rotorblätter der Drohne die Luft verwirbeln und so Messungen verfälschen können. Deshalb entwickelten die Forschenden einen speziellen Lufteinlass für die Feinstaubproben, der etwa 30 Zentimeter über den Rotorblättern angebracht war. So konnten sie die Luft nahezu unbeeinflusst erfassen.
Ein weiteres Problem war die hohe Luftfeuchtigkeit in Delhi. Feuchte Luft lässt Partikel wachsen und erschwert präzise Messungen. Das Team baute deshalb einen kleinen Entfeuchter in die Drohne ein. So konnten sie in unterschiedlichen Höhen und zu verschiedenen Tageszeiten messen.
Modelle unterschätzen die Belastung
Die Daten zeigen ein klares Muster: Nachts und am frühen Morgen sammeln sich Schadstoffe besonders stark in den unteren Luftschichten, weil sich die Luft kaum durchmischt. An einem Beispieltag im März stieg die Feinstaubkonzentration von rund 100 Mikrogramm pro Kubikmeter am Boden auf etwa 160 Mikrogramm in höheren Lagen. Mit zunehmender Erwärmung nach Sonnenaufgang löste sich der Smog wieder auf.
Beim Vergleich mit einem weltweit genutzten Computermodell zur Vorhersage der Luftqualität zeigte sich zudem: Die Simulation unterschätzt die Feinstaubbelastung in morgendlichen Smogphasen deutlich. Vermutlich bildet das Modell nicht ausreichend ab, wie stark Partikel bei hoher Luftfeuchtigkeit Wasser aufnehmen und dadurch wachsen.
Die neue Drohnenmethode könnte helfen, Luftüberwachung und Vorhersagen weltweit zu verbessern. Gerade in schnell wachsenden Städten fehlen bislang Messungen aus den unteren Luftschichten. Da die Sensoren inzwischen klein und kostengünstig sind, lassen sie sich vergleichsweise einfach in bestehende Überwachungssysteme integrieren.
