Drohnen messen über den Dächern 60 Prozent mehr Feinstaub

Feinstaub ist eines der größten Gesundheitsprobleme in vielen Großstädten. Die winzigen Partikel gelangen tief in die Lunge, können Entzündungen auslösen und erhöhen das Risiko für Herz- und Kreislauferkrankungen. Besonders gefährdet sind Kinder, ältere Menschen und chronisch Kranke. Bisher messen Behörden die Luft meist in wenigen Metern Höhe – dort, wo Menschen sich aufhalten. Doch neue Daten aus Neu-Delhi zeigen: Über unseren Köpfen kann die Luft noch deutlich schlechter sein.

Ein internationales Team veröffentlichte die Ergebnisse im Fachjournal Nature India. Beteiligt waren das Indian Institute of Technology Delhi, das TROPOS und die TU Delft. Grundlage war eine Feinstaub-Messung mit Drohnen, die erstmals systematisch Werte bis etwa 100 Meter Höhe erfasste.

Feinstaub-Belastung: In 100 Metern Höhe ist die Luft noch dreckiger

Die Ergebnisse sind alarmierend. Am Boden maßen Stationen rund 100 Mikrogramm PM2,5 pro Kubikmeter Luft. In rund 100 Metern Höhe stiegen die Werte auf bis zu 160 Mikrogramm. Das bedeutet: Über den Dächern lag die Belastung etwa 60 Prozent höher als auf Straßenhöhe.

Vor allem in den Stunden vor und nach Sonnenaufgang staute sich der Feinstaub wie unter einem unsichtbaren Deckel. Eine kühle, ruhige Luftschicht verhinderte, dass sich die Schadstoffe nach oben verteilen konnten. Statt sich zu verdünnen, sammelten sie sich an. In dieser Phase lagen viele Prognosen daneben. Die gängigen Luftmodelle gingen von deutlich niedrigeren Werten aus, als die Drohnen tatsächlich maßen.

PM2,5-Partikel sind extrem klein – weniger als 2,5 Mikrometer. Ein menschliches Haar ist etwa 30-mal dicker. Die gemessenen Spitzenwerte lagen mehr als dreimal über dem 24-Stunden-Richtwert der Weltgesundheitsorganisation von 45 Mikrogramm pro Kubikmeter.

Feuchte Nächte machen die Luft noch schwerer

Ein wichtiger Treiber war die hohe Luftfeuchtigkeit. In den Nächten lag sie oft über 70 Prozent. Unter solchen Bedingungen nehmen Partikel Wasser auf und wachsen. Zusätzlich entstehen sogenannte sekundäre anorganische Aerosole, darunter Ammoniumnitrat und Chlorid. Diese chemischen Prozesse erhöhen die Masse der Partikel deutlich.

Mit steigender Sonne änderte sich das Bild. Wenn die Temperaturen auf über 30 Grad kletterten und die Luftfeuchtigkeit unter 40 Prozent fiel, verloren die Partikel Wasser. Sie wurden kleiner und leichter. Der Dunst wurde sichtbar schwächer, die gemessenen Feinstaubwerte sanken. Gleichzeitig mischte sich die Luft stärker durch – die zuvor angestaute Belastung verteilte und verdünnte sich.

Feinstaub-Messung mit Drohnen belegt: Modelle rechnen Smog zu niedrig

Besonders heikel ist der Vergleich mit dem weltweit eingesetzten Atmosphärenmodell WRF-Chem (Weather Research and Forecasting Model mit Chemie-Modul), das in vielen Ländern zur Vorhersage der Luftqualität dient. Während der morgendlichen Smogphase berechnete dieses Modell deutlich niedrigere PM2,5-Werte als tatsächlich gemessen wurden. Mit anderen Worten: Das Prognosemodell ging von saubererer Luft aus, obwohl die Drohnenmessungen eine deutlich höhere Belastung zeigten.

Professorin Mira Pöhlker vom TROPOS und der Universität Leipzig erklärt: „Dies könnte an der Tendenz des Modells liegen, trockene Bedingungen zu bevorzugen, wodurch seine Fähigkeit eingeschränkt wird, das hygroskopische Wachstum von Aerosolen bei hohen Luftfeuchtigkeitswerten zu simulieren.“

Heißt konkret: Das Modell rechnet die Luft zu trocken. Es berücksichtigt nicht ausreichend, dass Partikel bei hoher Feuchte Wasser aufnehmen und dadurch schwerer werden. Die Folge: Die Belastung fällt in der Simulation zu niedrig aus.

Das kann praktische Konsequenzen haben. Wenn Modelle die Feinstaubspitzen unterschätzen, reagieren Warnsysteme möglicherweise verspätet. Verkehrs- oder Industrieeinschränkungen greifen dann nicht rechtzeitig.

Präzise Technik trotz Rotorwirbel

Messungen mit Drohnen sind technisch schwierig. Rotorblätter verwirbeln die Luft und können Partikel verdrängen. Ajit Ahlawat, Professor an der TU Delft, entwickelte deshalb einen speziellen vertikalen Ansaugstutzen. Er sitzt etwa 30 Zentimeter oberhalb der Rotoren und reduziert Turbulenzen.

Zusätzlich baute das Team einen Silikagel-Entfeuchter ein. Hohe Luftfeuchtigkeit kann Sensoren verfälschen. Der Trockner sorgt für stabile und zuverlässige Messwerte.

Ahlawat erklärt, dass die Messung vertikaler Profile mit kostengünstigen Luftqualitätssensoren funktioniere und die Methoden offen zugänglich seien. Die Technik eigne sich damit nicht nur für einzelne Versuche, sondern lasse sich auch im Alltag großer Städte einsetzen.

Feinstaub-Messung mit Drohnen schließt eine echte Lücke

Bislang liefern drei Systeme Luftdaten:

Bodenstationen messen nahe der Straße
Satelliten beobachten großflächig von oben
Flugzeuge erfassen höhere Atmosphärenschichten

Zwischen Bodenstation, Satellit und Flugzeug gab es bislang eine Lücke. Für die untere atmosphärische Grenzschicht fehlten präzise Daten. Die Feinstaub-Messung mit Drohnen kann nun diese Informationen liefern.

Für eine Megastadt wie Delhi mit über 30 Millionen Einwohnern ist das entscheidend. Smog führt dort regelmäßig zu Atemproblemen, Schulschließungen und wirtschaftlichen Einschränkungen. Genauere Messungen helfen, kritische Phasen besser zu erkennen und Gegenmaßnahmen gezielter einzuleiten.

Inversionslagen treiben Feinstaubwerte auch in Europa nach oben

In Europa sind Städte ebenfalls bei Inversionswetterlagen betroffen. So lagen in Stuttgart die Jahresmittelwerte für Feinstaub PM2,5 in der Vergangenheit teils zwischen 13 und 20 µg/m³ – deutlich über dem WHO-Empfehlungswert von 5 µg/m³ und nahe am EU-Grenzwert von 25 µg/m³. In München wurden ähnliche Mittelwerte von etwa 10 bis 14 µg/m³ gemessen.

Graz gilt seit Jahren als Feinstaub-Hotspot in Österreich, mit Werten, die in einzelnen Jahren teils mehr als doppelt bis dreifach über der WHO-Empfehlung lagen. Auch im Schweizer Mittelland, etwa in Zürich und Basel, überschreiten die PM2,5-Jahresmittel regelmäßig den WHO-Richtwert, besonders in kalten, windarmen Winterphasen.

Kurz zusammengefasst:

Über den Dächern ist die Luft teils schlechter: In Delhi maßen Drohnen in 100 Metern Höhe bis zu 160 Mikrogramm Feinstaub pro Kubikmeter Luft. Das sind rund 60 Prozent mehr als am Boden – und deutlich über dem empfohlenen Tageswert der Weltgesundheitsorganisation.
Feuchte Nächte verschärfen den Smog: Bei hoher Luftfeuchtigkeit nehmen Partikel Wasser auf und werden schwerer. Prognosemodelle wie WRF-Chem unterschätzen diese morgendlichen Spitzen.
Neue Messungen verbessern Warnungen: Drohnen erfassen die Luftschicht über den Dächern systematisch. Das ermöglicht genauere Vorhersagen und gezieltere Maßnahmen.

Übrigens: Während Drohnen zeigen, wie sich Feinstaub über den Dächern sammelt, atmet eine europäische Stadt im Winter Schadstoffwerte ein, die zeitweise selbst Peking übertreffen – verursacht vor allem durch Holzöfen und Restaurantküchen. Wie Sarajevo so zum Smog-Hotspot wurde und warum tausende Todesfälle als vermeidbar gelten, mehr dazu in unserem Artikel.