FAQ 8.2 | Haben Verbesserungen der Luftqualität einen Einfluss auf den Klimawandel?

Ja, haben sie, aber abhängig davon, welche Schadstoffe reguliert werden, können sie das Klima entweder abkühlen oder erwärmen. Während zum Beispiel eine Abnahme der Schwefeldioxid (SO2)-Emissionen zu weiterer Erwärmung führt, hat die Begrenzung von Stickoxid (NOx)-Emissionen sowohl einen abkühlenden (durch die Reduzierung troposphärischen Ozons) als auch einen erwärmenden (durch den Einfluss auf die Lebensdauer von Methan und die Aerosolbildung) Effekt. Luftverschmutzung kann auch Niederschlagsmuster beeinflussen.

Die Luftqualität ist nominell ein Maß der bodennahen Luftverschmutzung durch Substanzen wie beispielsweise Ozon, Kohlenmonoxid, NOx und Aerosole (feste oder flüssige Partikel). Die Exposition gegenüber solchen Schadstoffen verstärkt Atemwegs- und kardiovaskuläre Erkrankungen, schädigt Pflanzen und beschädigt Gebäude. Aus diesen Gründen versuchen die meisten großen städtischen Ballungsgebiete, Schadstoffeinträge in die Luft zu begrenzen.

Anders als Kohlendioxid (CO2) und andere gut durchmischte Treibhausgase können troposphärisches Ozon und Aerosole nur für ein paar Tage bis zu ein paar Wochen in der Atmosphäre verweilen, indirekte Kopplungen innerhalb des Erdsystems können jedoch ihren Einfluss verlängern. Am wirksamsten sind diese Schadstoffe meist in der Nähe ihrer Emissions- oder ihrer Bildungsgebiete, wo sie lokale oder regionale Störungen des Klimas antreiben können, auch wenn ihr global gemittelter Einfluss gering ist.

Abhängig von ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften beeinflussen Luftschadstoffe das Klima auf unterschiedliche Weise. Durch Verschmutzung erzeugte Treibhausgase werden sich vorwiegend über kurzwellige und langwellige Strahlung auf das Klima auswirken, während Aerosole das Klima zusätzlich durch Wolken-Aerosol-Wechselwirkungen beeinflussen können.

Regulierungen anthropogener Methanemissionen (FAQ 8.1, Abbildung 1) zur Reduzierung bodennahen Ozons wurden als „Win-Win“-Situationen identifiziert. Auswirkungen durch die Regulierung anderer Ozonvorläufersubstanzen sind nicht immer so klar erkennbar. Von NOx-Emissionsbegrenzungen könnte beispielsweise ein abkühlender Effekt erwartet werden, da sie troposphärisches Ozon reduzieren, aber ihr Einfluss auf die CH4-Lebensdauer und die Aerosolbildung führt wahrscheinlich stattdessen eher zu einer Gesamterwärmung.

Über Satellitenbeobachtungen wurden über Ostasien während der letzten Jahrzehnte zunehmende SO2-Konzentrationen (die wichtigste Vorläufersubstanz für streuende Sulfat-Aerosole) aus Kohlekraftwerken festgestellt. Die neuesten Kraftwerke nutzen Gaswäscher, um solche Emissionen zu reduzieren (allerdings nicht die gleichzeitig auftretenden CO2-Emissionen und die damit verbundene langfristige Klimaerwärmung). Das verbessert die Luftqualität, verringert aber auch den kühlenden Effekt von Sulfat-Aerosolen und verschlimmert daher die Erwärmung. Die kühlende Wirkung von Aerosolen erfolgt durch Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und Strahlung beziehungsweise Aerosolen und Wolken und wird auf –0,9 W/m² (alle Aerosole zusammen, Abschnitt 8.3.4.3) seit der vorindustriellen Zeit geschätzt; sie ist vor allem während der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts gestiegen, als anthropogene Emissionen drastisch zunahmen.

Schwarzer Kohlenstoff oder Ruß hingegen absorbiert Wärme in der Atmosphäre (was zu einem Strahlungsantrieb von 0,4 W/m2 aus anthropogenen Emissionen aus fossilen Kraftstoffen und Biokraftstoffen führt) und reduziert, wenn er auf Schnee abgelagert wird, dessen Albedo oder Fähigkeit, die Sonnenstrahlung zu reflektieren. Verminderungen von Rußemissionen können daher einen abkühlenden Effekt haben, aber die zusätzliche Wechselwirkung von Ruß mit Wolken ist unsicher und könnte zu etwas Erwärmung führen, die diesem Effekt entgegenwirkt.

Eine Regulierung der Luftqualität kann auch auf spezielle anthropogene Tätigkeitssektoren abzielen, wie beispielsweise den Transport oder die Energieerzeugung. In diesem Fall führen mitemittierte Stoffe innerhalb des Zielsektors zu einer komplexen Mischung aus chemischen und klimatischen Störungen. Zum Beispiel enthält Rauch aus der Verbrennung von Biotreibstoff eine Mischung sowohl aus absorbierenden als auch aus streuenden Partikeln sowie Ozonvorläufersubstanzen, für die der gemeinsame Klimaeinfluss schwierig zu bestimmen sein kann.

Daher werden Regulierungen der bodennahen Luftqualität einige Folgen für das Klima haben. Manche Verbindungen zwischen den regulierten Emissionen und dem Klima sind weiterhin schlecht verstanden oder identifiziert, einschließlich der Auswirkungen von Luftschadstoffen auf Niederschlagsmuster, was es erschwert, diese Auswirkungen vollständig zu quantifizieren. Es gibt auch eine überraschende Wendung bezüglich des möglichen Einflusses des Klimawandels auf die Luftqualität. Eine beobachtete Korrelation zwischen bodennahem Ozon und der Temperatur in verschmutzten Regionen zeigt nämlich, dass höhere Temperaturen als Folge des Klimawandels allein die sommerliche Verschmutzung verschlimmern könnten, was eine „Klimastrafe“ suggeriert. Diese Strafe bedeutet, dass strengere Regulierungen bezüglich bodennahen Ozons notwendig sein werden, um ein spezifisches Ziel zu erreichen. Zusätzlich könnten die projizierten Änderungen der Häufigkeit und der Dauer von austauscharmen Wetterlagen die Luftqualität beeinflussen. Diese Merkmale werden regional schwanken und schwer zu beurteilen sein, aber ein besseres Verständnis sowie eine bessere Quantifizierung und Modellierung dieser Prozesse wird die gesamten Wechselwirkungen zwischen Luftschadstoffen und Klima klären.

FAQ 8.2, Abbildung 1 | Schematische Darstellung der Folgen von Luftverschmutzungsregulierungen auf verschiedene Emissionstypen und ihre klimatischen Folgen. Die durchgezogenen Pfeile zeigen bekannte Folgen; die gestrichelten Pfeile zeigen unsichere Folgen.

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Diese deutsche Übersetzung sollte zitiert werden als:

IPCC 2014: Klimaänderung 2013: Naturwissenschaftliche Grundlagen. Häufig gestellte Fragen und Antworten – Teil des Beitrags der Arbeitsgruppe I zum Fünften Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) [T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex und P.M. Midgley (Hrsg.)]. Deutsche Übersetzung durch die deutsche IPCC-Koordinierungsstelle und Klimabüro für Polargebiete und Meeresspiegelanstieg, Bonn, 2017.