Воздух в США намного чище, чем даже десять лет назад. Но эти улучшения произошли в основном летом, в сезон, который раньше был олицетворением содержащих дымку частиц, вызывающих астму, рак легких и другие заболевания.
Новое исследование, проведенное Вашингтонским университетом, показывает, почему уровень загрязнения воздуха зимой остается высоким, несмотря на общее снижение уровня вредных выбросов от электростанций и транспортных средств в течение года.
"За последние 10 лет или около того уровень загрязнения воздуха летом быстро снизился, тогда как уровень загрязнения воздуха зимой не уменьшился. Качество воздуха летом почти такое же, как и зимой на востоке США», - сказал автор-корреспондент Вирал Шах, который выполнил работу в рамках своей докторской диссертации UW по атмосферным наукам. «Мы точно определили химические процессы, которые объясняют сезонные различия. в ответ на сокращение выбросов."
Исследование, опубликованное 23 июля в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что зимой частицы следуют разными путями.
Результаты были получены в результате анализа наблюдений, собранных в ходе кампании Зимнее исследование переноса, выбросов и реактивности (ЗИМА) 2015 года. Во время этой работы под руководством UW исследователи провели шесть недель зимой, летая сквозь шлейфы загрязнения над Нью-Йорком, Балтимором, Цинциннати, Колумбусом, Питтсбургом, Вашингтоном, округ Колумбия, и вдоль угольных электростанций в долине реки Огайо.
Исследование финансировалось Национальным научным фондом при натуральной поддержке НАСА и Национального управления океанических и атмосферных исследований.
Частицы, образующие смог, бывают разных вкусов. Двумя важными из них являются сульфаты из диоксида серы, выбрасываемого в основном угольными электростанциями, и нитраты, образующиеся из оксидов азота, известных под общим названием NOx. Регулирование качества воздуха снизило содержание диоксида серы в США на 68 процентов в период с 2007 по 2015 год, а выбросы NOx за это время примерно на треть.
Уровни твердых частиц в летнее время, когда два вида оксидов слипаются в водянистые пакеты нитратов и сульфатов, которые создают красивые закаты, но вредят здоровью человека, за это время в восточной части США снизились примерно на треть. Но зимние концентрации твердых частиц уменьшились только наполовину по неясным причинам.
"Модели качества воздуха, которые мы используем для понимания происхождения загрязнения воздуха, довольно хорошо работают летом, но имеют некоторые проблемы в зимнее время. До этого исследования мы не могли воспроизвести наблюдаемый состав твердых частиц зимой", сказал Лятт Джегле, второй автор статьи и один из главных исследователей полевой кампании.«Теперь у нас есть лучший инструмент, чтобы посмотреть, как лучше всего улучшить качество воздуха в зимнее время в региональном масштабе на востоке США и, возможно, в других местах, таких как Европа и Азия».
Летом часть выбрасываемых NOx и диоксида серы остается в газовой фазе и поглощается солнечным светом или оседает на суше, а остальная часть образует твердые частицы в виде нитратов и сульфатов. По мере снижения содержания первичных ингредиентов снижается и уровень твердых частиц.
Но новый анализ показывает, что химический состав зимнего воздуха идет более сложным путем. При меньшем количестве солнечного света и более низких температурах больше химии происходит в жидкой фазе, на поверхности существующих частиц или жидких и ледяных облаков. На этой фазе по мере снижения количества первичных ингредиентов эффективность преобразования диоксида серы в сульфат повышается, поскольку доступно больше окислителей. По мере снижения содержания сульфатов частицы становятся менее кислыми, благодаря чему NOx легче превращается в нитраты.
Итак, несмотря на то, что регулирование качества воздуха сократило оба типа первичных выбросов, общее количество твердых частиц, наносящих вред здоровью человека, снижалось медленнее.
«Дело не в том, что сокращения не работают. Просто сокращения имеют аннулирующий эффект, а аннулирующий эффект имеет заданную силу», - сказал Шах, который в настоящее время является научным сотрудником Гарвардского университета. «Нам нужно сделать дальнейшие сокращения. Как только сокращения станут больше, чем эффект отмены, зима начнет вести себя больше как лето».
Исследование прогнозирует, что если сокращение выбросов не превысит текущие прогнозы, качество воздуха зимой будет продолжать улучшаться лишь постепенно, по крайней мере, до 2023 года. При таких темпах пройдет несколько лет, прежде чем выбросы достигнут уровня, при котором загрязнение в зимнее время начнет снижаться еще больше. быстро.
"Этот документ показывает, что понимание лежащего в основе химического состава атмосферы, который превращает первичные загрязнители в мелкие твердые частицы, имеет решающее значение для калибровки наших ожиданий в отношении того, что будет достигнуто в результате сокращения выбросов, и, следовательно, для того, чтобы оптимизировать будущие сокращения выбросов, чтобы продолжать получать " самая большая выгода с точки зрения снижения концентрации мелкодисперсных твердых частиц», - сказал третий автор Джоэл Торнтон, который был главным исследователем полевой кампании.
Результаты показывают, что для улучшения качества воздуха в зимнее время на востоке США и в других странах с холодным климатом потребуется дополнительное сокращение выбросов как оксидов серы, так и оксидов азота.
«Это исследование помогает объяснить, почему меры по контролю за выбросами для снижения содержания загрязняющих воздух веществ, таких как сульфаты и нитраты, оказались не такими успешными, как ожидалось, зимой в восточной части США», - сказала Сильвия Эдгертон, программный директор отдела NSF. атмосферных и геокосмических наук, которая финансировала исследование. «В рамках полевой кампании WINTER был проведен уникальный набор зимних наблюдений. Они демонстрируют, что химическая обратная связь в зимние месяцы противодействует ожидаемому снижению загрязнения воздуха за счет сокращения выбросов».