Undersøgelse viser, hvorfor luftforureningsniveauer i det østlige USA er mere stillestående om vinteren

Luften i USA er meget renere end for et årti siden. Men disse forbedringer er hovedsageligt kommet om sommeren, sæsonen, der før var plakatbarnet for diskeholdige partikler, der forårsager astma, lungekræft og andre sygdomme.

En ny undersøgelse ledet af University of Washington viser, hvorfor luftforureningsniveauerne om vinteren er forblevet høje, trods det generelle lavere niveau af skadelige emissioner fra kraftværker og køretøjer i løbet af året.

"I de sidste 10 år eller deromkring, sommerens luftforurening er faldet hurtigt, der henviser til, at luftforureningsniveauerne om vinteren ikke har. Luftkvaliteten om sommeren er nu næsten den samme som om vinteren i det østlige USA, "sagde den tilsvarende forfatter Viral Shah, der udførte arbejdet som en del af sin UW -doktorgrad i atmosfæriske videnskaber. "Vi har præciseret de kemiske processer, der forklarer den sæsonmæssige forskel som reaktion på emissionsreduktioner."

Studiet, offentliggjort ugen den 23. juli i Procedurer fra National Academy of Sciences , viser, at partiklerne følger forskellige veje om vinteren.

Resultaterne kom fra at analysere observationer indsamlet under vinterundersøgelsen af ​​transport i 2015, Emissions and Reactivity (WINTER) kampagne. Under denne UW-ledede indsats, forskere brugte seks uger om vinteren til at flyve gennem forureningsrøg over New York City, Baltimore, Cincinnati, Columbus, Pittsburgh, Washington, D.C., og langs kulfyrede kraftværker i Ohio River Valley.

Undersøgelsen blev finansieret af National Science Foundation, med naturalier fra NASA og National Oceanic and Atmospheric Administration.

Partikler, der danner smog, findes i forskellige varianter. To vigtige er sulfater, fra svovldioxid, der hovedsageligt udledes af kulkraftværker, og nitrater, skabt af nitrogenoxider, der i fællesskab er kendt som NOx. Luftkvalitetsforskrifter har sænket svovldioxid i USA med 68 procent mellem 2007 og 2015, og NOx med omkring en tredjedel i løbet af denne tid.

Sommerhalten af ​​partikler - når de to smagsstoffer af oxider klumper sig sammen i vandige pakker med nitrater og sulfater, der skaber smukke solnedgange, men skader menneskers sundhed - er faldet i det østlige USA med cirka en tredjedel i løbet af denne tid. Men vinterkoncentrationerne af partikler er faldet med kun halvt så meget, af grunde, der havde været uklare.

"De luftkvalitetsmodeller, som vi bruger til at forstå luftforureningens oprindelse, fungerer ganske godt om sommeren, men har nogle problemer om vinteren. Inden denne undersøgelse, vi kunne ikke gengive den observerede partikelsammensætning om vinteren, "sagde Lyatt Jaeglé, der var anden forfatter på papiret og medforstander for feltekampagnen. "Vi har nu et bedre værktøj til at se på, hvad der er den bedste strategi til forbedring af luftkvaliteten om vinteren på regionale skalaer i det østlige USA, og muligvis andre steder, ligesom Europa og Asien. "

Om sommeren, nogle af de udsendte NOx- og svovldioxid forbliver i gasfasen og bliver zappet af sollys eller aflejret på land, og resten danner partikler i form af nitrater og sulfater. Når de primære ingredienser falder, det samme gør niveauerne af partikler.

Men den nye analyse viser, at kemien i vinterluften følger en mere kompleks vej. Med mindre sollys og koldere temperaturer, mere af kemien sker i væskefasen, på overflader af eksisterende partikler eller væske- og isskyer. I den fase, som de primære ingredienser falder, effektiviteten af ​​omdannelse af svovldioxid til sulfat stiger, fordi der findes flere oxidanter. Og når sulfat falder, partiklerne bliver mindre sure, gør NOx lettere omdannet til nitrater.

Så, selvom reglerne for luftkvalitet har reduceret begge typer primære emissioner, den samlede mængde partikler, der skader menneskers sundhed, er faldet langsommere.

"Det er ikke sådan, at reduktionerne ikke virker. Det er bare, at reduktionerne har en annullerende effekt, og den annullerende effekt har en bestemt styrke, "sagde Shah, som nu er postdoktor ved Harvard University. "Vi er nødt til at foretage yderligere reduktioner. Når reduktionerne bliver større end annulleringseffekten, så vil vinteren begynde at opføre sig mere som sommer. "

Undersøgelsen forudsiger, at medmindre emissionsreduktioner overstiger de aktuelle prognoser, luftkvaliteten om vinteren vil fortsætte med at forbedre sig gradvist indtil mindst 2023. Med denne hastighed ville der gå flere år, før emissionerne når niveauer, når vinterforureningen begynder at falde hurtigere.

"Dette papir viser, at forståelse af den underliggende atmosfæriske kemi, der omdanner primære forurenende stoffer til fine partikler, er afgørende for at kalibrere vores forventninger til, hvad emissionsreduktioner vil opnå, og derfor for, hvordan man kan optimere fremtidige emissionsreduktioner for fortsat at få 'det største bang for pengene' med hensyn til at reducere koncentrationer af fine partikler, "sagde tredje forfatter Joel Thornton, der var hovedforsker på felttoget.

Resultaterne tyder på, at flere emissionsreduktioner, af både svovl- og nitrogenoxider, vil være nødvendig for at forbedre luftkvaliteten om vinteren i det østlige USA og andre kolde klimaer.

"Denne forskning hjælper med at forklare, hvorfor emissionskontrol for at reducere luftforureningsstoffer, såsom sulfat og nitrat, ikke har været så vellykket som forventet i det østlige USA om vinteren, "sagde Sylvia Edgerton, programdirektør i NSF's afdeling for atmosfæriske og geospace videnskaber, som finansierede forskningen. "WINTER -feltekampagnen frembragte et unikt sæt vinterobservationer. De viser, at kemiske tilbagemeldinger i vintermånederne modvirker forventede reduktioner i luftforurening på grund af reducerede emissioner."