HYPERCITY: Biomonitoring van de luchtkwaliteit in stedelijke gebieden

U bent hier

#Webstory , #STEREO , #Stedelijke gebieden , #Luchtvervuiling

Gepubliceerd op 6 november 2020

Bijna 75% van de Europese bevolking woont in stedelijke gebieden en een groot deel van deze bevolking wordt chronisch blootgesteld aan perioden met normoverschrijdende concentraties van verontreinigende stoffen in de lucht.

Luchtvervuiling in stedelijke gebieden verhoogt het risico op acute en chronische luchtweg- en hart- en vaatziekten. Volgens de WHO is de luchtvervuiling verantwoordelijk voor de dood van 7 miljoen mensen per jaar wereldwijd.

Een vermindering van de stedelijke vervuiling, met name van de concentratie van fijnstof, zou daarom levens redden en zowel de gezondheids- als de economische kosten tot een minimum beperken. De uitvoering van het beleid ter verbetering van de luchtkwaliteit en geïnformeerde besluitvorming over stadsbeheer kunnen echter pas plaatsvinden na een analyse van de situatie op lokaal niveau.

Om betrouwbare risicoanalyses te kunnen uitvoeren, is het essentieel om een gedetailleerd overzicht te hebben van de ruimtelijke en temporele verdeling van luchtvervuiling in de stad.

Wanneer de boom een meetstation wordt

Hoewel conventionele meetstations voor luchtkwaliteit voortdurend worden verbeterd en uitgebreid, geven ze alleen grove, punctuele informatie over de daadwerkelijke blootstelling van de bevolking aan luchtverontreinigende stoffen.

Er worden daarom nieuwe en innovatieve alternatieve technieken ontwikkeld op gebied van monitoring en modellering van stedelijke luchtverontreiniging met een hoge ruimtelijke resolutie. Dit is bijvoorbeeld het geval bij biomonitoring met behulp van stedelijke vegetatie, gekoppeld aan teledetectietechnieken.

En het blad de zender

Bomen in steden zijn vaak onderhevig aan stress door gebrek aan wortelruimte, water- en voedingstekorten, onvoldoende zonlicht of blootstelling aan luchtvervuiling.

Als reactie op deze omgevingsstress probeert de boom weerstand te bieden en kunnen zijn bladeren hun fysiologie en zelfs hun morfologie aanpassen om optimaal te kunnen blijven functioneren. Deze door stress veroorzaakte bladveranderingen kunnen gedetecteerd worden met behulp van teledetectietechnieken, met name door het meten van de hyperspectrale reflectantie van bladeren en de fluorescentie van bladchlorofyl.


Voorbeeld van een fluorescentieproduct (SIF: solar-induced chlorophyll fluorescence) gemaakt door HyPlant, een hoogwaardige beeldvormingsspectrometer aan boord van een vliegtuig voor de opvolging van vegetatie. Dit beeld werd genomen ten zuiden van Julich, Duitsland, op 26 juni 2018, op een hoogte van 1800 m. De golflengte is 751 nm en de pixelresolutie is 2,65 m.

Deze fluorescentie, een zwak signaal van golflengten tussen rood en nabij-infrarood, wordt over het algemeen verwaarloosd omdat ze opgaat in de reflectie van zonlicht op planten. De technieken om dit zwakke signaal te detecteren zijn verfijnd en fluorescentie kan nu door specifieke sensoren worden gemeten, waardoor stress in planten kan worden gedetecteerd.

HYPERCITY, een project om beter te ademen

Het STEREO-project HYPERCITY (HYPERspectral biomonitoring: air quality and the CITY) onderzoekt het potentieel van hyperspectrale reflectantie en chlorofylfluorescentie als indicatoren voor luchtkwaliteit op zowel blad- als kroonniveau.

Er werden twee studiegebieden geselecteerd om verschillende landgebruikklassen te bestrijken: Antwerpen, gelegen in een mild zeeklimaat, en Valencia (Spanje) gelegen in een mediterraan klimaat.


Meetcampagne in Valencia

Doel van het project is dan ook het ontwikkelen, testen en valideren van een passieve biomonitoringmethode van planten op basis van hyperspectrale waarnemingen.

Blootstelling aan luchtverontreiniging kan de fysiologie en anatomie van de bladeren veranderen op een manier die ook de dorsiventrale asymmetrie van de bladeren (d.w.z. structurele heterogeniteit tussen het boven- en onderoppervlak van het blad) en de fluorescentie van chlorofyl verandert. In het HYPERCITY-project wordt deze asymmetrie ook in aanmerking genomen als een veelbelovende indicator van vervuiling.

Spectrale indices zijn het resultaat van mathematische bewerkingen die worden toegepast op numerieke waarden die in verschillende spectrale banden zijn opgenomen. Het projectteam, dat onderzoekers van de universiteiten van Antwerpen, Hasselt en Valencia samenbrengt, heeft indices kunnen ontwikkelen die het mogelijk maken om vegetatie te onderscheiden op basis van de mate van de lokale vervuiling.

Elke boom wordt zo een potentieel meetstation en de stedelijke vegetatie een instrument om de luchtkwaliteit in kaart te brengen.

Meer informatie

STEREO-project HYPERCITY (Hyperspectral biomonitoring: air quality and the city)