Erhöhte Konzentrationen von Luftschadstoffen können sowohl die menschliche Gesundheit gefährden als auch die Vegetation schädigen.

Der Indikator beschreibt die langfristige, mittlere Luftbelastung in städtischen Gebieten unabhängig von einzelnen lokalen Spitzenwerten und kann zur Charakterisierung der großräumigen und längerfristigen Ozon-, Stickoxid- und Feinstaubbelastung herangezogen werden, um Trendaussagen zu ermöglichen.

Zur Überprüfung der Einhaltung der Grenzwerte und zur Beurteilung der Luftqualität an Belastungsschwerpunkten ist der Indikator aber nicht aussagekräftig, weil die höchsten NO₂- und PM₁₀-Konzentrationen nicht im städtischen Hintergrund, sondern vor allem an Straßen mit hohem Verkehrsaufkommen und geschlossener Randbebauung auftreten, z.T. auch mit Überschreitung der Grenzwerte. Es ist deshalb erforderlich, insbesondere dort die Belastung weiter zu reduzieren.

1) PM₁₀-Immissionskonzentration
Staub kann, abhängig von der Größe und der ihm anhaftenden Stoffe, gesundheitsgefährdend sein. Insbesondere der Feinstaub im Größenbereich kleiner 10 µm ist gesundheitlich von besonderer Bedeutung, weil Partikel dieser Größe mit vergleichsweise hoher Wahrscheinlichkeit vom Menschen eingeatmet und in die tieferen Atemwege transportiert werden. Untersuchungen weisen auf einen Zusammenhang zwischen der Häufigkeit von chronischer Bronchitis, Lungenkrebs und Krankheiten des Herz-Kreislauf-Systems und der Feinstaubbelastung hin.

Wesentliche PM₁₀-Emittenten sind industrielle Prozesse, Feststofffeuerungen und der Kfz-Verkehr.

Beurteilungsmaßstab zum Schutz der menschlichen Gesundheit sind die in der Richtlinie 2008/50/EG bzw. der 39. BImSchV festgelegten Grenzwerte (50 µg/m³ als Tagesmittelwert, 35 Überschreitungen im Jahr zulässig; 40 µg/m³ als Mittelwert im Kalenderjahr). Der Richtwert der WHO für PM₁₀ beträgt 20 µg/m³ im Jahresmittel.

2) PM_2,5-Immissionskonzentration
Die noch kleineren Feinstaubpartikel mit einem aerodynamischen Durchmesser bis zu 2,5 µm dringen tief in die Bronchien und bis in die Lungenbläschen ein. Vor allem für empfindliche Personen mit schon bestehender Lungen- oder Herzerkrankung besteht bei Langzeitexposition mit PM_2,5 ein erhöhtes Gesundheitsrisiko. Der Straßenverkehr ist neben Hausbrand, Industrie und Landwirtschaft die wichtigste anthropogene Quelle für PM_2,5.

Der Grenzwert der 39. BImSchV beträgt 25 µg/m³ als Jahresmittelwert.

Der Richtwert der WHO für PM_2,5 beträgt 10 µg/m³ im Jahresmittel.

3) NO₂-Immissionskonzentration
Erhöhte NO₂- Konzentrationen können beim Menschen zu Reizungen der Atemwege führen. NO₂ ist zudem eine wichtige Vorläufersubstanz für die sommerliche Ozonbildung in den bodennahen Luftschichten. Abgesehen von geringen Anteilen aus natürlichen Quellen stammt NO₂ in etwa zu gleichen Anteilen aus industriellen Verbrennungsprozessen und aus dem Kraftfahrzeugverkehr. Die bodennahen Emissionen der Kraftfahrzeuge führen insbesondere in den Ballungsräumen zu hohen Luftbelastungen, seit dem Jahr 2000 teilweise mit zunehmender Tendenz.

Beurteilungsmaßstab zum Schutz der menschlichen Gesundheit sind die ab 1.1.2010 einzuhaltenden Grenzwerte gemäß der Richtlinie 2008/50/EG bzw. der 39. BImSchV (40 µg/m³ als Mittelwert im Kalenderjahr; 200 µg/m³ als 1-h-Mittelwert (18 Überschreitungen im Jahr zulässig)).

Der Richtwert der WHO für NO₂ beträgt 40 µg/m³ im Jahresmittel.

4) Ozonkonzentration
Erhöhte Ozonkonzentrationen können zu Vegetationsschäden führen und auch die menschliche Gesundheit beeinträchtigen, insbesondere durch Reizungen der Atemwege und Augen.

Ozon wird nicht direkt emittiert, sondern aus Vorläuferstoffen (flüchtige organische Verbindungen sowie Stickstoffoxide) unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung gebildet. Die besonders wirkungsrelevanten Ozonspitzenwerte treten deshalb insbesondere im Sommer bei geringem Luftaustausch, hohen Temperaturen und starker Sonneneinstrahlung auf. Detaillierte Langzeitanalysen haben ergeben, dass die Ozon-Spitzenwerte zwar zurückgegangen sind, die chronische Belastung jedoch zunimmt.

Wegen des weiträumigen Transports der Vorläufersubstanzen treten die höchsten Ozonwerte häufig weit entfernt von den Emissionsorten auf. Die dem Zielwert zugrunde gelegten 8-Stunden-Mittelwerte werden auch vom weiträumigen Ozonhintergrund der nördlichen Hemisphäre mit beeinflusst. Diese Grundbelastung mit Ozon aus z.T. weit entfernten Quellen in Europa hat sich über die Jahre hinweg weiter aufgebaut.

Für den Nachhaltigkeitsindikator wird als Beurteilungsmaßstab der Informationswert von 180 µg Ozon pro m³ Luft als 1-Stunden-Mittelwert zur aktuellen Unterrichtung der Bevölkerung herangezogen. Er charakterisiert die Häufigkeit des Auftretens von Spitzenwerten, zur Beurteilung der Einhaltung des wesentlich strengeren Zielwertes für den Schutz der menschlichen Gesundheit kann er nicht herangezogen werden.

Beurteilungsmaßstäbe zum Schutz der menschlichen Gesundheit sind die in der Richtlinie 2008/50/EG bzw. der 39. BImSchV festgelegten Werte (Zielwert für 2010: 120 µg/m³ für den höchsten 8-Stundenwert eines Tages (25 Überschreitungen im Jahr zulässig, gemittelt über 3 Jahre); langfristiges Ziel für 2020: 120 µg/m³ für den höchsten 8-Stundenwert eines Tages; Informationsschwelle: 180 µg/m³ als 1-Stunden-Mittelwert; Alarmschwelle: 240 µg/m³ als 1-Stunden-Mittelwert).

Die Indikatoren sind normiert. Wegen unterschiedlicher Messnetzcharakteristik sind Ländervergleiche aber nicht möglich.

Aussagen zu Grenzwerteinhaltung und Spitzenbelastungen sind nicht möglich, da die Messwerte an städtischen Hintergrundstationen (nicht an den Hauptverkehrsstraßen) ermittelt sind. Daher entsprechen die Grenzwerte der 39. BImSchV nicht den Anforderungen als identische Ziele (Typ 1) für diesen Indikator, können aber als sehr ähnliche Zielstellungen gelten (Ziele vom Typ 2, vgl. 6. Erfahrungsbericht zu umweltbezogenen Nachhaltigkeitsindikatoren 2018, Kapitel 5.1 Systematik der Ziele, S. 66). Die flächendeckende Einhaltung der WHO-Richtwerte für Luftqualität sollte als Ziel auf jeden Fall angestrebt werden.

Der Nachhaltigkeitsindikator "Luftqualität in Städten" ist aufgrund der Wirkung und des allgemeinen Vorkommens von Feinstaub, NO₂ und Ozon von besonderer Relevanz und Aussagekraft zur Beurteilung der Immissionsbelastung in Städten. Die Berechnung erfolgt auf der Grundlage der Daten aus den Messstationen des städtischen Hintergrundes (Definition gemäß EU-Ratsentscheidung über den Informationsaustausch (97/101/EG)). Die Teilindikatoren PM_10, PM_2,5 und NO₂ sind definiert als arithmetische Mittelwerte der jeweiligen Jahresmittelwerte. Sie kennzeichnen damit die mittlere langfristige Hintergrundbelastung dieser beiden Luftschadstoffe. Der Teilindikator Ozon ist definiert als der arithmetische Mittelwert der Anzahl der Stunden pro Jahr mit O₃-Stundenmittelwerten größer als 180 µg/m³. Er kennzeichnet damit die mittlere Stundenzahl mit O₃-Konzentrationen größer als 180 µg/m³.

Das UBA stellt die Daten für diesen Indikator für alle Bundesländer zentral bereit.

1) PM₁₀-Immissionskonzentration
Feinstaub (PM₁₀₎ bezeichnet die Masse aller im Gesamtstaub enthaltenen Partikel, deren aerodynamischer Durchmesser kleiner als 10 µm ist. Die Messung der PM₁₀-Konzentration erfolgt gemäß der 39. BImSchV (Umsetzung der EU-Richtlinie 2008/50/EG in deutsches Recht) nach dem diskontinuierlichen Referenzmessverfahren (gravimetrische Massenbestimmung der auf einem Filter abgeschiedenen PM₁₀-Fraktion) oder nach einem gleichwertigen Messverfahren.

2) PM_2,5-Immissionskonzentration
Feinstaub (PM_2,5) bezeichnet die Masse aller im Gesamtstaub enthaltenen Partikel, deren aerodynamischer Durchmesser kleiner als 2,5 µm ist. Die Messung der PM_2,5-Konzentration erfolgt gemäß der 39. BImSchV (Umsetzung der EU-Richtlinie 2008/50/EG in deutsches Recht) nach dem diskontinuierlichen Referenzmessverfahren.

3) NO₂-Immissionskonzentration
Die Messung der Stickstoffdioxid (NO₂)- Konzentration erfolgt gemäß der 39. BImSchV (Umsetzung der EU-Richtlinie 2008/50/EG in deutsches Recht) kontinuierlich nach dem dort festgelegten Referenzmessverfahren (Chemilumineszenzverfahren) an den Messstationen des Luftqualitätsmessnetzes des jeweiligen Landes oder nach einem gleichwertigen Messverfahren.

4) Ozonkonzentration
Die Messung der Ozon (O₃)- Konzentration erfolgt gemäß der 39. BImSchV (Umsetzung der EU-Richtlinie 2008/50/EG in deutsches Recht) kontinuierlich nach dem dort festgelegten Referenzmessverfahren (UV-Photometrie) an den Messstationen des Luftqualitätsmessnetzes des jeweiligen Landes oder nach einem gleichwertigen Messverfahren.

Es werden die Daten von den städtischen Hintergrundmessstationen in den Bundesländern verwendet. Basis für die zentrale Berechnung des Indikators ist die Datensammlung des Umweltbundesamtes, die auch online verfügbar ist.

Mit in Kraft treten der neuen EU-Richtlinie Luftqualität und saubere Luft für Europa bzw. der 39. BImSchV müssen auch die PM2,5-Immissionen erfasst und bewertet werden. Die Messreihen in allen Bundesländern der Feinstaubparameter PM2,5 seit 2008 liegen vor und werden aufgenommen.