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China als globaler Ozon-Brennpunkt

Jülich, 24. August 2018 – Eine neue Studie von chinesischen, amerikanischen und Jülicher Wissenschaftlern zeigt, dass China zu einem globalen Ozon-Hotspot geworden ist. Im Gegensatz zum allgemeinen Rückgang der Ozonbelastung in den USA und Europa zeigen die verfügbaren Daten in China seit den 1990er Jahren deutliche Zuwächse. Die Forscher verwendeten für ihre Studie die neuesten Ozonmessungen des chinesischen Überwachungsnetzes, und kombinierten sie mit der globalen Datenbank des Tropospheric Ozone Assessment Reports (TOAR) für andere Industrieregionen. Eine vergleichende Auswertung der letzten fünf Jahre zeigt, dass das Oberflächen-Ozons noch immer zunimmt.

Weit oben schützt uns Ozon vor gefährlicher UV-Strahlung, in den unteren Luftschichten ist es ein Schadstoff. Erhöhte Ozon-Konzentrationen in Bodennähe haben negative Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum, das Klima – und die Gesundheit: Neuere Untersuchungen zeigen, dass selbst relativ niedrige Ozonwerte chronische Atemwegserkrankungen zur Folge haben können.

In einer neuen Studie hat ein internationales Team von Wissenschaftlern aus China, den USA und Jülich die Konzentrationen von bodennahem Ozon in China ausgewertet – und kamen zu dem Schluss, dass China zu einem globalen Brennpunkt der Ozonbelastung geworden ist: Während die mittleren Ozonwerte mit denen in anderen Industrieregionen in Europa und Nordamerika vergleichbar sind, sind Extremwerte in China nicht nur höher als in diesen Gebieten, sie treten auch häufiger auf. "Nach unserem Wissen gibt es keine andere Region in der Welt, in der die Ozonbelastung so hoch und so häufig ist", erklärt Dr. Martin Schultz vom Jülich Supercomputing Centre.

Die sommerliche Ozonbelastung ist in China in den letzten Jahren zu einem wachsenden Problem geworden: Im Sommer 2017 wurde in vielen chinesischen Städten besonders hohe Konzentrationen von bodennahem Ozon gemessen. "Im Gegensatz zum allgemeinen Rückgang der Ozonkonzentrationen in den USA und Europa zeigen die verfügbaren entsprechenden Daten für China seit 1990 deutliche Zuwächse", so Schultz. "Trotz der zunehmenden Aufmerksamkeit wurde jedoch die Schwere der Ozonbelastung in China – anders als in anderen Industrienationen – bisher nicht auf Grundlage einer umfassenden Ozonüberwachung genau erfasst."

Die Daten

Für ihre Studie verwendeten die Forscher die kürzlich verfügbar gemachten Daten der chinesischen landesweiten Oberflächen-Ozonmessungen. Das Beobachtungsnetz zur Überwachung der städtischen und vorstädtischen Luftverschmutzung auf dem chinesischen Festland wurde 2013 in ersten Großstädten in Betrieb genommen und umfasst bis 2017 knapp 1600 nicht-ländliche Gebiete in 454 Städten.

Zum globalen Vergleich diente der Tropospheric Ozone Assessment Report (TOAR). Grundlage für TOAR ist eine im Herbst letzten Jahres veröffentlichte, vom Jülich Supercomputing Centre betriebene Datenbank. Dabei handelt es sich um die weltweit umfangreichste Datensammlung bodennaher Ozonmessungen, die alle global verfügbaren Messdaten von 1975 bis heute in einheitlichem Format frei zugänglich macht. "Die TOAR-Ozondatenbank enthält Ozonstatistiken und –metriken, die für Studien über Klima, menschliche Gesundheit und Vegetationsexposition relevant sind, berechnet aus stündlichen Ozonmessungen an mehr als 9.000 Messstellen weltweit", erklärt Schultz.

Rasante Urbanisierung

Bodennahes Ozon entsteht unter dem Einfluss von Sonnenlicht aus sogenannten Vorläuferschadstoffen: Vor allem Stickoxide und flüchtige organische Verbindungen, daneben auch Kohlenmonoxid und Methan. Um den Ausstoß dieser Schadstoffe zu begrenzen, sind in Europa und Nordamerika seit den 90er Jahren strenge Luftreinhaltungsmaßnahmen in Kraft: Das hat die schädlichen Ozonkonzentrationen in den westlichen Industrienationen erheblich verringert. "In Süd- und Ostasien jedoch haben eine rasante Urbanisierung und Industrialisierung alle Anstrengungen zur Luftreinhaltung überholt und so zu einem deutlichen Anstieg der Emissionen von Ozon-Vorläuferschadstoffen geführt", so Schultz.

Um der zunehmenden Luftverschmutzung Herr zu werden, startete die chinesische Regierung 2013 einen Aktionsplan. "Durch diesen konnten primäre Luftschadstoffe wie Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid oder Kohlenmonoxid erfolgreich reduziert werden", erklärt der Autor der Studie, Dr. Lin Zhang von der Universität Peking. "Die sich nun abzeichnende Schwere der Ozonbelastung stellt eine neue Herausforderung für die Emissionskontrolle dar."

Die Wissenschaftler konnten auch zeigen, dass die Ozonwerte in China in den letzten fünf Jahren stetig gestiegen sind. "Auch wenn der betrachtete Fünfjahreszeitraum zu kurz ist, um statistisch belastbare Trendschätzungen abzuleiten, deuten unsere Ergebnisse auf eine zunehmende Ozonbelastung von Menschen, Pflanzen und Ökosystemen in ganz China hin", erklärt Martin Schultz. "Aus historischer Sicht ist das heutige Ozon in chinesischen Großstädten vergleichbar mit der Situation von 1980 in den USA, als dort Emissionskontrollen gerade erst begonnen hatten, die Ozon-Spitzenwerte zu beeinflussen."

Oberflächen-Ozon-Werte für China, Japan und Südkorea, Europa und die USA.Oberflächen-Ozon-Werte für China, Japan und Südkorea (oben), Europa (unten links) und die USA (unten rechts). Gezeigt wird hier die Anzahl der Tage mit 8-Stunden-Mittelwerten über 70 ppb (parts per billion/Teile pro Milliarde) bzw. über 140 Mikrogramm Ozon pro Kubikmeter. In der Europäischen Union darf der Grenzwert von 120 Mikrogramm an höchstens 25 Tagen pro Jahr überschritten werden.
Copyright: 2018 American Chemical Society / Forschungszentrum Jülich

Originalpublikation: Severe Surface Ozone Pollution in China: A Global Perspective
Xiao Lu , Jiayun Hong, Lin Zhang, Owen R. Cooper, Martin G. Schultz, Xiaobin Xu, Tao Wang, Meng Gao, Yuanhong Zhao, and Yuanhang Zhang
Environ. Sci. Technol. Lett., 2018, 5 (8), pp 487–494
DOI: 10.1021/acs.estlett.8b00366

Weitere Informationen:

Pressemitteilung des Forschungszentrums vom 6. Februar 2018: Ozon-Belastung: Diese Regionen sind weltweit am stärksten betroffen

Tropospheric Ozone Assessment Report (TOAR)

Jülich Supercomputing Centre (JSC)

Institut für Energie- und Klimaforschung, Troposphäre (IEK-8)

Detaillierte regionale Angaben zur Ozonkonzentration in Deutschland sind unter anderem den jährlichen Auswertungen des Umweltbundesamtes zu entnehmen

Ansprechpartner:

PD Dr. Martin Schultz
Jülich Supercomputing Centre
Tel.: +49 2466 61-96870
E-Mail: m.schultz@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Dr. Regine Panknin
Unternehmenskommunikation
Tel.: +49 2461 61-9054
E-Mail: r.panknin@fz-juelich.de

Erhard Zeiss
Unternehmenskommunikation
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E-Mail: e.zeiss@fz-juelich.de