Die Luftverschmutzung hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen, und die damit verbundenen Gesundheitsrisiken sind zu einem wichtigen Thema geworden. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO, 2016) ist die Luftverschmutzung das größte einzelne Umweltrisiko für die Gesundheit und verantwortlich für schätzungsweise 7 Millionen vorzeitige Todesfälle pro Jahr weltweit und mehr als 550.000 in der Europäischen Region der WHO. Epidemiologische und toxikologische Studien haben gezeigt, dass eine langfristige Exposition gegenüber Luftverschmutzung im Freien mit einer hohen Sterblichkeit in großen europäischen Kohorten verbunden ist, insbesondere in Bezug auf Feinstaub. Luftschadstoffkonzentrationen können sich über kurze Entfernungen und in kurzen Zeiträumen verändern. Daher ist das Verständnis der räumlich-zeitlichen Verteilung von Feinstaub (PM) in der Luft und die genaue Abschätzung der räumlichen Muster der Luftverschmutzung von entscheidender Bedeutung für die Bewertung der Exposition der Bevölkerung und der Gesundheitsrisiken sowie für den Schutz der menschlichen Gesundheit und die Festlegung von Maßnahmen zur Bekämpfung der Verschmutzung. In dieser Studie wurden die räumlich-zeitliche Variabilität und die treibenden Faktoren der Luftverschmutzung auf der Grundlage kontinuierlicher Daten von Messstationen in Deutschland (Meso-Skala) und verschiedener Mikroumgebungen in städtischen und kleinstädtischen Gebieten (Mikro-Skala) untersucht, um die Auswirkungen von Luftschadstoffen (d. h. polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Metallelemente und Feinstaub (PM)) auf die menschliche Gesundheit zu bewerten.
Der Forschungsprozess umfasste zwei Arten von Analysen: Bewertungen von Daten, die an festen Standorten gesammelt wurden, und mobile Messungen. Für die Bewertung der ortsfesten Überwachung wurde zunächst eine Erhebung der Luftschadstoffbelastung in ganz Deutschland durchgeführt. In diesem Abschnitt wurden langfristige Beobachtungsdaten von 412 ortsfesten Messstationen in Deutschland zu Feinstaub (PM2,5, PM10), gasförmigen Schadstoffen (CO, NO2, NOX, SO2 und O3) und meteorologischen Faktoren untersucht. In städtischen Straßen wurden mobile Messungen durchgeführt, um die Luftschadstoffbelastung in verschiedenen Mikroumgebungen zu untersuchen. Die Belastung durch die Luftschadstoffe PMX (PM1, PM2,5, PM10), ultraviolett absorbierende Partikel (UVPM), schwarzen Kohlenstoff (BC), braunen Kohlenstoff (BrC), die Partikelanzahlkonzentration (PNC) und die lungendeponierte Oberfläche (LDSA) zu untersuchen. Anschließend wurde die Belastung durch PAH (PAH) und Metallelemente aus Feuerwerkskörpern untersucht, um die Auswirkungen von Feuerwerkskörpern auf die Luftverschmutzung am Neujahrstag abzuschätzen.
Auf der Mesoskala war der Trend der Luftschadstoffe in Deutschland im Untersuchungszeitraum (01. 2008 - 12. 2018) weitgehend stabil. Entsprechend der relativen Korrelationen von gasförmigen Schadstoffen und meteorologischen Faktoren korrelierten CO und Temperatur am stärksten mit den PM2.5- und PM10-Konzentrationen. Die Bevölkerungsverteilung nach Expositionsniveau zeigt, dass die Mehrheit der Menschen in Deutschland in verschmutzten Gebieten lebt. Andererseits wiesen die Luftschadstoffkonzentrationen in städtischen Gebieten eine erhebliche räumliche Heterogenität und zeitliche Schwankungen auf der Mikroebene auf (Augsburger Stadtzentrum). Die höchsten Luftschadstoffkonzentrationen im innerstädtischen Umfeld wurden in verkehrsreichen Gebieten festgestellt. Darüber hinaus wurden signifikante Unterschiede in den PNC- und PM-Konzentrationen zwischen den beiden Kleinstädten (Bayerisch Eisenstein, Deutschland, und Zelezna Ruda, Tschechische Republik) festgestellt, was darauf hindeutet, dass die Luftschadstoffkonzentrationen durch unterschiedliche lokale Quellen beeinflusst werden können. Der Einfluss einzelner Ereignisse auf die Luftqualität wurde anhand von Silvesterfeuerwerken in Augsburg untersucht. BaP-Konzentrationen während der Periode um die Neujahrstage (24.Dez.-7.Jan.) überschritten den Zielwert von 1 ng/m3. Dies deutet darauf hin, dass mehr toxische Verbindungen die menschliche Gesundheit bedrohen und dass Feuerwerkskörper einen erheblichen Einfluss auf die Luftschadstoffbelastung während der Neujahrstage haben. Der Beitrag von Feuerwerkskörpern zur Luftverschmutzung mit PAK, BC und Metallen an den einzelnen Neujahrstagen kann durch PMF-Analysen abgeschätzt werden.