COVID-19-lockdowns forbundet med forureningsstigninger i nogle byer

Nedlukninger sidste år som reaktion på COVID-19 resulterede i drastiske nedskæringer i emissioner, især fra udstødningsrør, og alligevel oplevede nogle byområder en paradoksal stigning i ozon-luftforurening. En ny undersøgelse ledet af National Center for Atmospheric Research (NCAR) brugte en sofistikeret computermodel til at skille det komplicerede net af atmosfærisk kemi og meteorologi ud for at bestemme årsagerne til dårlig luftkvalitet.

Forskningen, offentliggjort i Journal of Geophysical Research:Atmosfærer , konstaterer, at for nogle regioner i verden, inklusive det nordlige Kina, stigningen i ozonforurening var direkte forbundet med faldet i emissioner, mens i andre regioner, inklusive Europa, usædvanlige vejrforhold spillede en større rolle.

Forskningen fremhæver de komplekse interaktioner, der bestemmer luftkvaliteten, og giver et indblik i, hvad der kunne ske, hvis der blev indført strengere luftkvalitetsbestemmelser i nogle af verdens mest forurenede byer.

"COVID-19-pandemien gav os et uventet globalt luftkvalitetseksperiment, " sagde NCAR videnskabsmand Benjamin Gaubert, der ledede undersøgelsen. "Med vores jordsystemmodel, vi var i stand til at undersøge, hvordan atmosfæren reagerede på en ændring i de typer kemikalier, der udsendes i luften - især ændringer i sekundære forurenende stoffer, som ozon, der er dannet i atmosfæren og ikke direkte udsendes fra menneskelige aktiviteter."

Forskningen blev finansieret af National Science Foundation, som er NCARs sponsor, Europa-Kommissionen, Den Europæiske Rumorganisation, og Hong Kong Research Grants Council.

Luftforureningen steg i nogle byer

I begyndelsen af ​​2020, byer over hele kloden begyndte at lukke ned, først i Kina og derefter i Europa og andre steder, da beslutningstagere kæmpede for at dæmme op for spredningen af ​​COVID-19. En bivirkning af lukningen af ​​skoler, virksomheder, og andre samlingssteder var et stejlt fald i emissioner, såsom nitrogenoxider og flygtige organiske forbindelser, som folk skærer ned på kørsel og andre former for rejser.

I mange dele af verden, dette fald bidrog til en klarere himmel, og nogle større byers ofte smogfyldte skylines, herunder Los Angeles og Delhi, blev sprød. Imidlertid, videnskabsmænd bemærkede også, at på nogle specifikke områder, luftforureningen faktisk forværret. For eksempel, i nogle nordkinesiske byer, inklusive Beijing, ozonforureningen steg markant, i nogle tilfælde en fordobling.

"Vi blev overraskede i starten, men virkelig, det burde ikke have været uventet, " sagde Guy Brasseur, en NCAR fremtrædende forsker og studie medforfatter. "Det bekræftede faktisk, hvad vi ved om kompleksiteten af ​​det kemiske system."

Luftkvaliteten bestemmes ikke kun af de forurenende stoffer, der udsendes direkte til luften, men også af den kemi, der omdanner disse forurenende stoffer, når de kommer ind i atmosfæren. Luftkvaliteten varierer også med årstiden og med vejrforholdene, hvilket gør det vanskeligt at tilskrive ændringer i luftkvaliteten under nedlukningerne – på godt og ondt – helt til selve nedlukningerne.

Adskiller atmosfærisk kemi fra vejret

For at bestemme årsagerne til luftkvalitetsændringer observeret under pandemien, forskerholdet brugte den seneste version af den NCAR-baserede Community Earth System Model (CESM2.2). De simulerede først, hvordan luftkvaliteten ville have set ud i 2020, hvis emissionerne havde været på linje med tidligere år, og gentog derefter eksperimentet med de faktiske fald i emissioner, der opstod på grund af COVID-19. Ved at sammenligne de to, de kunne drille virkningerne af vejret og atmosfærisk kemi på forurening, specielt jordnær ozon.

Ozon dannes i atmosfæren, når nitrogenoxider (hovedsageligt udledes fra afbrænding af fossile brændstoffer i køretøjer og kraftværker) og flygtige organiske forbindelser (udsendes fra en række kilder, inklusive maling, opløsningsmidler, pesticider, og byggematerialer, samt fra køretøjer) reagerer i nærvær af sollys og varme. Mens nitrogenoxider er en nødvendig ingrediens til fremstilling af ozon, de kan også virke til at ødelægge ozon, når deres koncentration er for høj.

Under de pandemiske nedlukninger, dette betød, at reduktioner i emissioner i nogle byer, der typisk har meget høje koncentrationer af nitrogenoxider – inklusive Beijing og andre byer i det nordlige Kina – faktisk begrænsede ødelæggelsen af ​​ozon, der fandt sted af ekstra nitrogenoxider, i sidste ende tillader den lokale ozonforurening at stige.

I byer, der generelt er mindre forurenede - inklusive storbyområder i USA - finder den nye undersøgelse, at reduktionen i emissioner frarøvede atmosfæren en vigtig komponent til at producere ozon, og derfor sænkede niveauerne af lokal ozonforurening.

Stigninger i ozonforurening fandt også sted i Nordeuropa under nedlukningerne, men forskerholdet fandt ud af, at den dominerende årsag var vejret. I marts og april Nordeuropa var mere solrigt end gennemsnittet, og Sydeuropa var mere overskyet. Det ekstra sollys i nord gjorde det lettere at danne ozon, forårsager en stigning i forureningen på trods af reduktionen i emissioner.

"Det er utroligt vigtigt at bruge modeller, der simulerer både de meteorologiske forhold og den atmosfæriske kemi for korrekt at forstå, hvad vi ser i observationerne, " sagde Brasseur.

Undersøgelsen giver også indsigt i, hvilke politikker der kan være mest effektive til at bekæmpe luftforurening. For eksempel, i byer med ekstremt høje niveauer af nitrogenoxider, det kan være mere effektivt at begrænse flygtige organiske forbindelser i stedet for nitrogenoxider, hvis målet er at reducere ozonforureningen.

"Denne undersøgelse giver indsigt i, hvilke skridt der kunne tages for at reducere emissioner og forbedre luftkvaliteten, " sagde Brasseur. "Vi lærte, at en tilgang, der passer til alle, måske ikke er effektiv. De foranstaltninger, der eventuelt skal træffes, varierer med sæsonen, og de varierer med beliggenheden."