Pandemi luftkvalitet på grund af vejret, ikke kun lockdowns

Overskrifter, der proklamerede COVID-lockdowns drastisk reduceret forurening, refererede for det meste til nitrogendioxid, INGEN ₂ , en reaktiv gas, der udsendes fra brændende brændstof. Der havde været mindre forståelse for, hvordan lockdowns påvirkede PM2.5, små partikler, der kan trænge ind i en persons lunger, fører til en lang række helbredsproblemer, herunder øget risiko for hjerteanfald og kræft.

"PM 2.5 er den førende globale miljødeterminant for lang levetid. Det er en vigtig forurening af bekymring for sundhed, " sagde Randall Martin, Raymond R. Tucker Distinguished Professor i Department of Energy, Environmental &Chemical Engineering i McKelvey School of Engineering ved Washington University i St. Louis.

Ny forskning fra Martins laboratorium, i samarbejde med Goddard Space Flight Center, California Institute of Technology og Dalhousie University i Nova Scotia, kortlagt PM 2.5 niveauer i hele Kina, Europa og Nordamerika. Ved hjælp af satellitdata, jordbaseret overvågning og et innovativt computermodelleringssystem, forskere fandt for det meste små ændringer i PM 2,5 - med én undtagelse.

De fleste ændringer, de fandt, var ikke drevet af lockdown, men af ​​meteorologiens naturlige variation. Deres resultater blev offentliggjort den 23. juni i tidsskriftet Videnskabens fremskridt.

De meteorologiske effekter, som vi oplever hver dag, påvirker også PM2.5-variabiliteten, sagde Martin.

"Jo kortere tidsperiode, jo mere modtagelig PM 2.5 er for meteorologi, " han sagde.

Under pandemien, blandt billederne af overfyldte intensivafdelinger og tomme købmandshylder, der var nogle fotografiske lyspunkter:Før og efter billeder ledsagede artikler, der proklamerede, at luftkvaliteten var forbedret, fordi folk blev hjemme.

Det visuelle var slående - både på jorden, hvor blå himmel skinnede over LA motorveje, og fra rummet - data fra NASA-satellitter viste tydelig atmosfærisk reduktion i nitrogendioxid.

"Folk begyndte automatisk at spekulere på, "Hvad er billedet for PM 2.5?" sagde Melanie Hammer, en gæsteforsker i Martins laboratorium. Det var det åbenlyse spørgsmål, ikke kun fordi partikler ofte kommer fra de samme kilder som NO ₂ , men fordi NEJ ₂ kan danne PM 2.5.

"INGEN ₂ betragtes som en sekundær kilde til PM 2,5, " sagde Hammer. Når det udsendes, INGEN ₂ interagerer med andre kemikalier i atmosfæren og kan danne PM 2,5. Et par tidlige undersøgelser så på data indsamlet fra jordovervågningssteder, som tester den omgivende luft, men disse grundsteder er få og langt imellem og ude af stand til at samle et større billede.

Kun omkring en brøkdel af verdens befolkning bor i lande, der har mere end tre PM 2,5-monitorer pr. million mennesker. Det meste af befolkningen bor i områder uden overvågning.

"Vi besluttede at kigge igen, ved at bruge et mere komplet billede fra satellitbilleder, " sagde Hammer. Billederne, leveret af NASA, indeholde data for søjler af atmosfære, der spænder over jorden til kanten af ​​rummet. Disse data, benævnt aerosol optisk dybde, relateret til overflade-PM 2.5-koncentrationer ved hjælp af den kemiske transportmodel GEOS-Chem, som simulerer atmosfærens sammensætning; reaktionerne og forholdet mellem dets forskellige bestanddele; og måden de bevæger sig gennem luften på.

Forskere fokuserede på tre regioner, der har omfattende jordovervågningssystemer på plads:Nordamerika, Europa og Kina, og sammenlignede månedlige estimater af PM 2,5 fra januar til april i 2018, 2019 og 2020.

Da de sammenlignede PM 2.5-niveauer over de tre år i de måneder, der faldt sammen med hver regions nedlukningsfaser, der var ikke mange klare signaler over Nordamerika eller Europa.

"Vi fandt, at det tydeligst påviselige signal var en betydelig reduktion over den nordkinesiske slette, hvor de mest strenge lockdowns var koncentreret, " hun sagde.

For at finde ud af, om lockdown var ansvarlig for dette signal, og flere mindre spredt rundt i de undersøgte områder, holdet kørte "følsomhedssimuleringer" ved hjælp af GEOS-Chem, ændring af parametre for at se, hvilket scenarie der passede bedst til virkeligheden.

De simulerede et scenarie, hvor emissionerne blev holdt konstante, og meteorologien var eneansvarlig for år for år ændringer i PM 2.5.

"Vi fandt ud af, at det forklarede en stor del af de forskelle, vi så, " sagde Hammer. De kørte også en simulering, hvor de reducerede transportrelaterede emissioner og andre menneskeskabte kilder til NO ₂ , spejlingslås, da færre mennesker kørte og færre industrianlæg var i drift.

"I sig selv, det forklarede faktisk ikke så meget, " sagde Hammer. Men ved at kombinere de to, "Det var da signalet over den nordkinesiske sletten skilte sig ud."

Hammer har mistanke om, at ændringen i PM 2,5-niveauer over den nordkinesiske slette var så slående på grund af, hvor forurenet den plejer at være i "normale" tider. "Du er sandsynligvis mere tilbøjelig til at se en større reduktion i en region, der har højere koncentrationer til at begynde med."

På en måde, der fremhæver et relevant punkt, som måske ikke umiddelbart er intuitivt:Gennemsnitlige PM 2.5-niveauer er faldet støt i Nordamerika og Europa. "Det er bare sværere at forstyrre virkelig lave koncentrationer, " sagde Hammer.

Men det understreger også det komplekse forhold mellem NO ₂ og PM 2,5. Selvom NEJ ₂ interagerer med andre atmosfæriske kemikalier for at danne PM 2,5, de to har ikke et lineært forhold; dobbelt så meget NEJ ₂ i atmosfæren fører ikke nødvendigvis til dobbelt så meget PM 2,5.

Hammer sagde, intuitivt, hun forventede at se mere af en reduktion i PM 2,5-niveauerne. "Det var lidt af en overraskelse, at meteorologi spillede en så dominerende rolle.

"Viser sig, det er et ret komplekst forhold, og det opfører sig ikke altid, som man ville forvente."