Загрязнение озоном вблизи поверхности Земли является одним из основных компонентов летнего смога. Его также нельзя измерить непосредственно из космоса из-за обилия озона выше в атмосфере, что затрудняет измерения приземного озона. Новое исследование, финансируемое НАСА, разработало способ использования спутниковых измерений газов-предшественников, которые способствуют образованию озона, чтобы различать три различных набора условий, которые приводят к его образованию. Эти наблюдения могут также помочь специалистам по качеству воздуха в оценке наиболее эффективных подходов к программам сокращения выбросов, которые улучшат качество воздуха.
В отличие от своего присутствия на большой высоте, где озон действует как солнцезащитный крем Земли от вредного ультрафиолетового излучения, на малых высотах озон представляет опасность для здоровья, способствуя респираторным заболеваниям, таким как астма и бронхит. Он образуется в результате сложных химических реакций, инициируемых солнечным светом и включающих два типа газов: летучие органические соединения (ЛОС) и оксиды азота (NOx). Оба представлены в исследовании основными газами каждого типа, формальдегидом ЛОС и NO2, которые измеряются из космоса голландско-финским прибором мониторинга озона на борту спутника НАСА Aura, запущенного в 2004 году..
«Мы используем спутниковые данные для анализа химического состава озона из космоса», - сказал ведущий автор Сяомэн Цзинь из Земной обсерватории Ламонта-Доэрти в Колумбийском университете в Палисейдс, Нью-Йорк. Их исследование было опубликовано в Journal of Geophysical Research: Atmospheres, издании Американского геофизического союза.
Сочетая компьютерные модели и космические наблюдения, она и ее коллеги использовали концентрации молекул-предшественников озона, чтобы сделать вывод, увеличивается ли производство озона больше в присутствии NOx, летучих органических соединений или их смеси. для заданного места. Их регионы исследования были сосредоточены на Северной Америке, Европе и Восточной Азии в летние месяцы, когда обилие солнечного света вызывает самые высокие темпы образования озона. Чтобы понять их влияние на образование озона, Джин и ее команда исследовали, являются ли летучие органические соединения или NOx теми ингредиентами, которые в наибольшей степени ограничивают образование озона. Если выбросы этой молекулы уменьшатся, то образование озона уменьшится - важная информация для менеджеров по качеству воздуха.
"Мы спрашиваем: "Если бы я мог уменьшить либо ЛОС, либо NOx, какой из них принесет мне наибольшую отдачу с точки зрения количества озона, образование которого мы можем предотвратить в нижних слоях атмосферу?», - сказала соавтор и химик атмосферы Арлин Фиоре из Ламонт-Доэрти, которая также является членом группы прикладных наук НАСА о здоровье и качестве воздуха, которая частично финансировала эту работу и способствует сотрудничеству между учеными и менеджерами по качеству воздуха.
Результаты показывают, что города в Северной Америке, Европе и Восточной Азии чаще ограничивают выбросы летучих органических соединений или находятся в переходном состоянии между ограничениями выбросов летучих органических соединений и NOx. Кроме того, 12-летняя запись данных спутниковых наблюдений показывает, что обстоятельства места могут измениться. Например, в 2005 году производство озона в Нью-Йорке в теплое время года было ограничено ЛОС, но к 2015 году он перешел на систему с ограничением NOx из-за сокращения выбросов NOx в результате контроля, введенного как на региональном, так и на национальном уровне. Этот переход означает, что будущие сокращения выбросов NOx, вероятно, приведут к дальнейшему снижению производства озона, сказал Джин.
Летучие органические соединения встречаются в больших количествах в природе и выделяются некоторыми растениями, в том числе определенными видами деревьев. Они также могут возникать из-за паров краски, чистящих средств и пестицидов и являются побочным продуктом сжигания ископаемого топлива на заводах и в автомобилях. Оксиды азота являются побочным продуктом сжигания ископаемого топлива и в изобилии вырабатываются в городах электростанциями, фабриками и автомобилями. Так как ЛОС имеют большой естественный источник в летнее время, например, в восточной части Соединенных Штатов, планы по сокращению выбросов за последние два десятилетия в этом регионе были сосредоточены на NOx, которые в подавляющем большинстве образуются в результате деятельности человека.
Космические методы мониторинга химического состава озона дополняют наземные измерения, проводимые агентствами по управлению качеством воздуха. Вид из космоса обеспечивает постоянное покрытие больших территорий и предоставляет данные для регионов, в которых могут отсутствовать наземные станции.