为什么美国东部的冬季空气仍然如此肮脏

为什么美国东部的冬季空气仍然如此肮脏

尽管全年发电厂和车辆的有害排放总体水平较低,但美国东部的冬季空气污染仍然很高。 一项新研究解释了原因。

研究人员说,夏天曾经是导致哮喘,肺癌和其他疾病的含有雾霾的颗粒的典型代表。

“在过去10年左右,夏季空气污染水平迅速下降,而冬季空气污染水平则没有。 现在夏季的空气质量与美国东部的冬季几乎相同,“相应的作者Viral Shah说道,他在华盛顿大学的大气科学博士学位期间完成了这项工作。 “我们已经确定了化学过程,解释了减排的季节性差异。”

这项研究,出现在 诉讼中的国家科学院院士,表明颗粒在冬季遵循不同的途径。

烟雾味

结果来自分析在2015运输,排放和反应性冬季调查(WINTER)活动期间收集的观察结果。 在这项努力中,研究人员在冬季花了六个星期的时间飞越纽约市,巴尔的摩,辛辛那提,哥伦布,匹兹堡,华盛顿特区以及俄亥俄河谷的燃煤发电厂。

“我们现在有一个更好的工具来看看改善冬季空气质量的最佳策略是什么......”

形成烟雾的颗粒有不同的味道。 两个重要的是硫酸盐,主要由燃煤发电厂排放的二氧化硫,以及由氮氧化物(统称为NOx)产生的硝酸盐。 空气质量法规已将68和2007之间的2015百分比降低到美国的二氧化硫,并且在此期间降低了约三分之一的NOx。

夏季水平的颗粒物 - 当两种口味的氧化物聚集成含水的硝酸盐和硫酸盐包,造成美丽的日落但危害人类健康 - 在美国东部,在此期间减少了约三分之一。 但由于目前尚不清楚的原因,冬季颗粒物的浓度只下降了一半。

“我们用来了解空气污染起源的空气质量模型在夏季表现相当不错,但在冬季也存在一些问题。 在这项研究之前,我们无法在冬季重现观察到的颗粒成分,“LyattJaeglé说道,他是该论文的第二作者,也是该实地活动的联合首席研究员。

“我们现在有了一个更好的工具,可以看看在美国东部以及其他地方,如欧洲和亚洲,可以在区域范围内改善冬季空气质量的最佳策略。”

冬季空气化学

在夏季,一些排放的NOx和二氧化硫保留在气相中并被阳光破坏或沉积在陆地上,其余的形成硝酸盐和硫酸盐形式的颗粒。 随着主要成分的下降,颗粒物的含量也会下降。

但新的分析表明,冬季空气的化学过程更为复杂。 在较少的阳光和较冷的温度下,更多的化学反应发生在液相,现有颗粒或液体和冰云的表面上。 在该阶段,随着主要成分的下降,将二氧化硫转化为硫酸盐的效率提高,因为可获得更多的氧化剂。 随着硫酸盐的下降,颗粒变得酸性降低,使氮氧化物更容易转化为硝酸盐。

因此,尽管空气质量法规已经减少了两种类型的初级排放,但危害人类健康的微粒总量下降得更慢。

“这并不是减少不起作用。 只是减少具有抵消效果,取消效果具有一定的强度,“Shah说,他现在是哈佛大学的博士后研究员。 “我们需要进一步减少。 一旦减少量大于抵消效果,那么冬季将开始表现得更像夏天。“

空气质量如何变化?

该研究预测,除非减排量超过目前的预测,否则冬季的空气质量将继续逐步改善,直至至少达到2023。 按照这个速度,当冬季污染开始下降得更快时,排放达到水平还需要几年时间。

“本文表明,理解将主要污染物转化为细颗粒物质的基本大气化学对于校准我们对减排量将达到的预期至关重要,因此对于如何优化未来的减排量以继续获得”最大的降价“至关重要“在减少细颗粒物质浓度方面,”第三作者乔尔桑顿说,他是野外活动的首席研究员。

研究结果表明,需要更多的硫和氮氧化物减排,以改善美国东部和其他寒冷气候的冬季空气质量。

“这项研究有助于解释为什么减少空气污染物质(如硫酸盐和硝酸盐)的排放控制措施在冬季没有像美国东部那样成功,”美国国家科学基金会大气和自然科学部项目主任西尔维亚·埃奇顿说。地球空间科学,资助该研究。

“冬季野战活动产生了一系列独特的冬季观测。 他们证明,冬季的化学反馈抵消了减少排放导致的空气污染减少的预期。“

其他合著者来自华盛顿大学; 佐治亚理工学院; 科罗拉多大学博尔德分校; 科罗拉多州立大学; 北卡罗莱纳州A&T州立大学; 博尔德国家大气研究中心; 以及博尔德国家海洋和大气管理局。 国家科学基金会在美国国家航空航天局和美国国家海洋与大气管理局的实物支持下为这项工作提供了资金。

来源: 华盛顿大学

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