為什麼美國東部的冬季空氣仍然如此骯髒

為什麼美國東部的冬季空氣仍然如此骯髒

儘管全年發電廠和車輛的有害排放總體水平較低,但美國東部的冬季空氣污染仍然很高。 一項新研究解釋了原因。

研究人員說,夏天曾經是導致哮喘,肺癌和其他疾病的含霾顆粒的典型代表。

“在過去10年左右,夏季空氣污染水平迅速下降,而冬季空氣污染水平則沒有。 現在夏季的空氣質量與美國東部的冬季幾乎相同,“相應的作者Viral Shah說道,他在華盛頓大學的大氣科學博士學位期間完成了這項工作。 “我們已經確定了化學過程,解釋了減排的季節性差異。”

這項研究出現在 訴訟中的國家科學院院士,表明顆粒在冬季遵循不同的途徑。

煙霧味

結果來自分析在2015運輸,排放和反應性冬季調查(WINTER)活動期間收集的觀察結果。 在這項努力中,研究人員在冬季花了六個星期的時間飛越紐約市,巴爾的摩,辛辛那提,哥倫布,匹茲堡,華盛頓特區以及俄亥俄河谷的燃煤發電廠。

“我們現在有一個更好的工具來看看改善冬季空氣質量的最佳策略是什麼......”

形成煙霧的顆粒有不同的味道。 兩個重要的是硫酸鹽,主要由燃煤發電廠排放的二氧化硫,以及由氮氧化物(統稱為NOx)產生的硝酸鹽。 空氣質量法規規定,美國的二氧化硫在68和2007之間的比例降低了2015%,在此期間降低了約三分之一的NOx。

夏季水平的顆粒物 - 當兩種口味的氧化物聚集成水狀的硝酸鹽和硫酸鹽包,創造美麗的日落但危害人類健康 - 在美國東部時期減少了約三分之一。 但由於目前尚不清楚的原因,冬季顆粒物的濃度只下降了一半。

“我們用來了解空氣污染起源的空氣質量模型在夏季表現相當不錯,但在冬季也存在一些問題。 在這項研究之前,我們無法在冬季重現觀察到的顆粒成分,“LyattJaeglé說道,他是該論文的第二作者,也是該實地活動的聯合首席研究員。

“我們現在有了一個更好的工具,可以看看在美國東部以及其他地方,如歐洲和亞洲,可以在區域尺度上改善冬季空氣質量的最佳策略。”

冬季空氣化學

在夏季,一些排放的NOx和二氧化硫保留在氣相中並被陽光破壞或沉積在陸地上,其餘的形成硝酸鹽和硫酸鹽形式的顆粒。 隨著主要成分的下降,顆粒物的含量也會下降。

但新的分析表明,冬季空氣的化學過程更加複雜。 在較少的陽光和較冷的溫度下,更多的化學反應發生在液相,現有顆粒或液體和冰雲的表面上。 在該階段,隨著主要成分的下降,將二氧化硫轉化為硫酸鹽的效率提高,因為可獲得更多的氧化劑。 隨著硫酸鹽的下降,顆粒變得酸性降低,使氮氧化物更容易轉化為硝酸鹽。

因此,儘管空氣質量法規已經減少了兩種類型的初級排放,但危害人類健康的微粒總量下降得更慢。

“這並不是減少不起作用。 只是減少具有抵消效果,取消效果具有一定的強度,“Shah說,他現在是哈佛大學的博士後研究員。 “我們需要進一步減少。 一旦減少量大於取消效果,那麼冬季將開始表現得更像夏天。“

空氣質量如何變化?

該研究預測,除非減排量超過目前的預測,否則冬季的空氣質量將繼續逐步改善,直至至少達到2023。 按照這個速度,當冬季污染開始下降得更快時,排放達到水平還需要幾年時間。

“本文表明,理解將主要污染物轉化為細顆粒物質的基本大氣化學對於校准我們對減排量將達到的預期至關重要,因此對於如何優化未來的減排量以繼續獲得”最大的降價“至關重要“在減少細顆粒物質濃度方面,”第三作者喬爾桑頓說,他是野外活動的首席研究員。

研究結果表明,需要更多的硫和氮氧化物減排,以改善美國東部和其他寒冷氣候的冬季空氣質量。

“這項研究有助於解釋為什麼減少空氣污染物質(如硫酸鹽和硝酸鹽)的排放控制措施在冬季沒有像美國東部那樣成功,”美國國家科學基金會大氣和自然科學部項目主任西爾維亞·埃奇頓說。地球空間科學,資助該研究。

“冬季野戰活動產生了一系列獨特的冬季觀測。 他們證明,冬季的化學反饋抵消了減少排放導致的空氣污染減少的預期。“

其他共同作者來自華盛頓大學; Georgia Tech; 科羅拉多大學博爾德分校; 科羅拉多州立大學 北卡羅來納州A&T州立大學; 博爾德國家大氣研究中心; 和博爾德的國家海洋和大氣管理局。 國家科學基金會在美國國家航空航天局和國家海洋與大氣管理局的支持下,資助了這項工作。

資源: 華盛頓大學

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