Kinas alvorlige vinterdis bundet til virkningerne af globale klimaændringer

Kinas alvorlige vinterluftforureningsproblemer kan blive forværret af ændringer i atmosfærisk cirkulation foranlediget af tab af arktisk havis og øget eurasisk snefald - begge forårsaget af globale klimaændringer.

Modellering og dataanalyse udført af forskere ved Georgia Institute of Technology tyder på, at ændringer i havis og snefald har ændret Kinas vintermonsun, med til at skabe stagnerende atmosfæriske forhold, der fanger forurening over landets store befolknings- og industricentre. Disse ændringer i regionale atmosfæriske forhold er frustrerende bestræbelser på at imødegå forurening gennem emissionskontrol.

"Emissionerne i Kina har været faldende i løbet af de sidste fire år, men den strenge vinterdis bliver ikke bedre, " sagde Yuhang Wang, en professor ved Georgia Tech's School of Earth and Atmospheric Sciences. "For det meste, det er på grund af en meget hurtig ændring i de høje polare områder, hvor havis er aftagende og snefald stiger. Denne forstyrrelse forhindrer kold luft i at komme ind i de østlige dele af Kina, hvor den ville skylle luftforureningen ud."

Berettes 15. marts i journalen Videnskab fremskridt , forskningen blev sponsoreret af National Science Foundation og Environmental Protection Agency. Papiret præsenterer et klart eksempel på, hvordan storstilede forstyrrelser forårsaget af globale klimaændringer kan have betydelige regionale konsekvenser, og menes at være den første, der forbinder havis og snefaldsniveauer med regional luftforurening.

Disproblemer på de østkinesiske sletter - som omfatter hovedstaden Beijing - fik først verdensomspændende opmærksomhed i løbet af vinteren 2013, da et instrument på den amerikanske ambassade registrerede ekstremt høje niveauer af PM 2,5-partikler. Uklarheden fik den kinesiske regering til at indføre strenge mål for at reducere emissioner fra industrien og andre kilder.

Selvom disse emissionskontrol ser ud til at virke, disen i december og januar fortsætter. Så Wang og kolleger Yufei Zou, Yuzhong Zhang og Ja-Ho Koo spekulerede på, om andre faktorer kan spille en rolle.

Langsigtede luftkvalitetsmålinger er ikke tilgængelige i Kina, så forskerne var nødt til at sammensætte estimater baseret på synlighedsmål og satellitdata. For at analysere de historiske optegnelser, de skabte et nyt Pollution Potential Index (PPI), der brugte lufttemperaturgradientanomalier og overfladevindhastigheder som en proxy for ventilationsforhold over det østlige Kina.

"Når vi genererede PPI'en og kombinerede den med synlighedsdataene, det var tydeligt, at januar 2013 var langt ud over noget, der nogensinde var blevet set, før det gik mindst tre årtier tilbage, " sagde Wang. "Men i den måned havde emissionerne ikke ændret sig, så vi vidste, at der måtte være en anden faktor."

De østkinesiske sletter består af sammenkoblede bassiner omgivet af bjergkæder mod vest og havet mod øst, et spejlbillede af det forurenede sydlige Californien. Forurening fra industri og køretøjer kan kun fjernes effektivt ved vandret spredning eller ved vertikal blanding om vinteren. og når disse processer ikke kan flytte stillestående luft ud, forurening opbygges. Det virkede sandsynligt, at noget forhindrede ventilationen, som ville have holdt luften renere.

Forskerne så derefter på klimaegenskaber som havis, snefald, El Niños, og Stillehavsoscillationer. De udførte hovedkomponent- og maksimal kovariansanalyser og fandt korrelationer mellem stagnerende luftforhold over Kina til arktisk havis - som nåede et rekordlavt niveau i efteråret 2012 - og snefald på de øvre breddegrader af Sibirien, som havde nået rekordhøje tidligere på vinteren. De brugte derefter atmosfæriske modelsimuleringer til at studere, hvordan disse faktorer ændrer store atmosfæriske cirkulationsmønstre og forureningsventilation over det østlige Kina.

"Reduktionen i havisen og stigningen i snefald har den effekt at dæmpe den klimatologiske trykryggstruktur over Kina, " sagde Wang. "Det udjævner temperatur- og trykgradienterne og flytter den østasiatiske vintermonsun mod øst, faldende vindhastigheder og skaber en atmosfærisk cirkulation, der gør luften i Kina mere stillestående. "

Resultaterne af modellen stemte overens med observationer om, at Korea og Japan havde været usædvanligt kolde den vinter, mens det østlige Kina havde været usædvanligt varmt - begge tyder på, at det kolde centrum var flyttet.

Vinteren 2017 oplevede de samme faktorer, med lave niveauer af arktisk havis i september 2016, højt snefald - og kraftig dis. Wang siger, at disse faktorer sandsynligvis vil fortsætte, da de globale klimaændringer forstyrrer atmosfærens normale struktur.

"På trods af bestræbelserne på at reducere emissionerne, vi tror, ​​at disen sandsynligvis vil fortsætte i fremtiden, " sagde han. "Dette er delvist klimadrevet nu, så det bliver nok ikke meget bedre om vinteren. Emissioner er ikke længere den eneste årsag til disse forhold."

Wang håber at fortsætte undersøgelsen ved hjælp af nye data fra Kinas luftkvalitetsovervågningsnetværk. Virkningen af ​​globale klimaændringer, han sagde, kan være unik for Kina på grund af dets geografi og følsomhed over for ændringer i atmosfærisk cirkulationsstruktur. Selvom problemet nu viser sig i luftforurening, han sagde, at resultaterne af undersøgelsen skulle tilskynde nationen til at fortsætte med at håndtere klimaændringer.

"Den meget hurtige ændring i polar opvarmning har virkelig en stor indflydelse på Kina, " sagde han. "Det giver Kina et incitament til ikke kun at følge op på reduktioner af luftforurenende emissioner, og også at se på potentialet for at reducere udledningen af ​​drivhusgasser. Vores forskning viser, at reduktion af drivhusgasser ville hjælpe med vinterdisproblemet."