Wie veraltete Vegetationsdaten von 2003 Ozon- und Feinstaubprognosen in Ostasien verzerren

Irgendwo im Code hinter vielen Luftqualitätsprognosen steckt ein eingefrorener Schnappschuss von Ostasiens Wäldern – Stand 2003. Das war noch bevor Facebook existierte, und George W. Bush befand sich in seiner ersten Amtszeit.

Die Landschaft, die diese alten Satellitenbilder festhielten, hat mit dem, was dort heute tatsächlich wächst, kaum noch etwas gemeinsam.

Eine neue Studie zeigt, dass diese veralteten Eingabedaten Ozon- und Feinstaubprognosen unbemerkt verfälschen können – denn Pflanzen sind nicht bloss Kulisse.

Wenn sie auf ein wärmeres Klima reagieren, verändert sich auch, wie viele Gase sie in die Luft abgeben, aus denen sich Luftschadstoffe bilden. Die Modelle, die diese Emissionen abbilden sollen, sind mit dieser Entwicklung nicht Schritt gehalten.

Geleitet wurde die Studie von Hyo-Jung Lee und Yu-Jin Jo von der Pusan National University in Südkorea, gemeinsam mit Younha Kim vom International Institute for Applied Systems Analysis in Österreich.

Waldflächen, die es so nicht mehr gibt

Pflanzen setzen biogene flüchtige organische Verbindungen frei – insbesondere Isopren und Monoterpene –, die in der Atmosphäre reagieren und zur Bildung von bodennahem Ozon sowie biogenen sekundären organischen Aerosolen beitragen.

Beides trägt zur Luftverschmutzung bei, die Menschen tatsächlich einatmen. Wie viel von diesen Stoffen eine Region emittiert, hängt davon ab, was dort wächst – und in welcher Menge.

Eine Veränderung der Wald- und Vegetationsbedeckung ist damit keine kleine ökologische Randnotiz, sondern ein direkter Einflussfaktor dafür, wie belastet die Luft wird.

Genau hier liegt das Problem: Viele Modelle der Atmosphärenchemie arbeiten noch immer mit Vegetationsdaten aus dem Jahr 2003.

Ostasiens Ökosysteme haben sich seitdem durch Aufforstung, Landnutzungsänderungen und die umfassenderen Verschiebungen infolge eines sich erwärmenden Klimas deutlich verändert.

Diese Modelle simulieren im wörtlichen Sinn einen Wald, den es so nicht mehr gibt – und machen Luftverschmutzungsprognosen damit ungenauer.

Neue Karten im Modelltest

Um zu quantifizieren, wie stark das ins Gewicht fällt, liessen die Forschenden das Atmosphärenchemie-Modell WRF-Chem laufen, gekoppelt mit MEGAN, einem gängigen Modul für biogene Emissionen.

Anschliessend ersetzten sie den standardmässig verwendeten Vegetationsdatensatz von 2003 durch Satellitenbeobachtungen aus 2024.

Alles andere blieb konstant – einschliesslich der Wetterbedingungen, die die Simulation antreiben. Damit konnte jede Veränderung in den Ergebnissen nur eine Ursache haben: die Vegetation selbst.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass allein die Aktualisierung der Vegetationsinformationen biogene Emissionen, O₃ und biogene sekundäre organische Aerosole (BSOA) deutlich verändern kann“, sagte Lee.

Andere Wälder, andere Ergebnisse

Die Satellitendaten ergaben kein einfaches, einheitliches Bild. Insgesamt war die Vegetation in Ostasien seit 2003 dichter geworden – doch die Veränderungen waren regional sehr unterschiedlich.

Teile Chinas wurden deutlich grüner, während in Teilen Japans Vegetation verloren ging. Als die Forschenden diese uneinheitliche Landschaft in das Modell einspeisten, wurden auch die Prognosen für Ozon und BSOA entsprechend uneinheitlich.

Vorstadt- und Stadtrandgebiete verzeichneten den grössten Zuwachs bei der Schadstoffbildung. Dort trafen veränderte Vegetation und Stickstoffoxid-Niveaus aufeinander und begünstigten die Entstehung zusätzlicher sekundärer Luftschadstoffe.

In Städten dagegen änderte sich kaum etwas: Obwohl es dort genügend Stickstoffoxide gibt, blieb kaum Raum, in dem Vegetation zwischen Strassen und Gebäuden stark zunehmen könnte.

Ländliche Regionen zeigten das Gegenmuster. Sie gewannen zwar viel Vegetation hinzu, doch die Stickstoffoxid-Konzentrationen waren zu niedrig, um aus diesem Zuwachs deutlich mehr Luftverschmutzung entstehen zu lassen.

Mit anderen Worten: Biogene Emissionen sind nur die halbe Gleichung – entscheidend ist ebenso, womit sie in der Luft reagieren.

Die Folgen veralteter Waldkarten

Gerade diese räumliche Uneinheitlichkeit erklärt, warum Jahrzehnte alte Vegetationsdaten wichtiger sind, als es auf den ersten Blick wirkt.

Ein Modell, das mit überholten Eingaben läuft, liegt nicht einfach überall ein bisschen daneben. Es kann vielmehr ortsspezifische Unterschiede übersehen, die für die Entstehung von Luftschadstoffen entscheidend sind. Das ist besonders relevant, wenn eine konkrete Stadt vor einem Tag mit schlechter Luft gewarnt werden soll.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass das regelmässige Aktualisieren von Vegetationsdatensätzen in Modulen für biogene Emissionen die Genauigkeit von Atmosphärenchemie-Modellen verbessern kann“, sagte Lee.

Die Forschenden betonten, dass die Resultate die Bedeutung einer routinemässigen Aktualisierung solcher Vegetationsdatensätze unterstreichen.

Dadurch können Atmosphärenchemie-Modelle veränderte Ökosysteme und ihre Wechselwirkungen mit der Atmosphäre genauer abbilden.

Modelle aktualisieren, wenn sich Wälder verändern

Das Team ist überzeugt, dass die Einspeisung aktueller Satellitendaten in diese Luftschadstoff-Modelle die kurzfristigen Luftqualitätsprognosen verbessern und politischen Entscheidungsträgern verlässlichere Informationen liefern könnte, während sich die Rahmenbedingungen weiter verändern.

Diese Auswertung konzentrierte sich auf August 2024, weil die Vegetationsaktivität – und damit auch die biogenen Emissionen – in dieser Jahreszeit ihren Höhepunkt erreicht.

In zukünftigen Arbeiten soll derselbe Ansatz auf andere Jahreszeiten und längere Zeiträume ausgeweitet werden. Das dürfte ein klareres Bild davon liefern, wie eine sich fortlaufend wandelnde Landschaft die Luft darüber neu formt.