Warum Winter Air in den östlichen USA ist immer noch so schmutzig

Warum Winter Air in den östlichen USA ist immer noch so schmutzig

Trotz der insgesamt niedrigeren Schadstoffemissionen von Kraftwerken und Fahrzeugen ist die Luftverschmutzung im Winter in den östlichen USA nach wie vor hoch. Eine neue Studie erklärt warum.

Der Sommer war das Aushängeschild für dunsthaltige Partikel, die Asthma, Lungenkrebs und andere Krankheiten verursachen, sagen Forscher.

"In den vergangenen 10-Jahren ist die Luftverschmutzung in den Sommermonaten stark zurückgegangen, während dies im Winter nicht der Fall war. Die Luftqualität ist im Sommer fast die gleiche wie im Winter in den östlichen USA ", sagt der korrespondierende Autor Viral Shah, der die Arbeit im Rahmen seiner Doktorarbeit in Atmosphärenwissenschaften an der Universität von Washington gemacht hat. "Wir haben die chemischen Prozesse lokalisiert, die den jahreszeitlichen Unterschied bei der Emissionsminderung erklären."

Die Studie, die in der erscheint Proceedings of the National Academy of Sciences, zeigt, dass die Partikel im Winter verschiedenen Wegen folgen.

Smog Aromen

Die Ergebnisse stammen aus der Analyse von Beobachtungen, die während der 2015 Wintertime Investigation of Transport, Emissionen und Reaktivität (WINTER) -Kampagne gesammelt wurden. Während dieser Bemühungen flogen die Forscher sechs Wochen im Winter durch die Luftverschmutzungspools über New York City, Baltimore, Cincinnati, Columbus, Pittsburgh, Washington, DC und entlang der Kohlekraftwerke des Ohio River Valley.

"Wir haben jetzt ein besseres Werkzeug, um zu sehen, was die beste Strategie ist, um die Luftqualität im Winter zu verbessern ..."

Partikel, die Smog bilden, kommen in verschiedenen Geschmacksrichtungen vor. Zwei wichtige sind Sulfate, aus Schwefeldioxid, das hauptsächlich von Kohlekraftwerken emittiert wird, und Nitrate, die aus Stickoxiden entstehen, die zusammen als NOx bekannt sind. Luftqualitätsregelungen haben Schwefeldioxid in den USA um 68 Prozent zwischen 2007 und 2015 und NOx um ungefähr ein Drittel während dieser Zeit gesenkt.

Die Mengen an Feinstaub im Sommer - wenn sich die beiden Oxide zu wässrigen Packungen aus Nitraten und Sulfaten auftürmen, die schöne Sonnenuntergänge erzeugen, aber die Gesundheit des Menschen schädigen - sind in den östlichen USA während dieser Zeit um etwa ein Drittel gefallen. Aber die winterlichen Partikelkonzentrationen sind aus bisher ungeklärten Gründen nur um die Hälfte zurückgegangen.

"Die Luftqualitätsmodelle, die wir verwenden, um den Ursprung der Luftverschmutzung zu verstehen, schneiden im Sommer ziemlich gut ab, haben aber im Winter einige Probleme. Vor dieser Studie konnten wir die beobachtete Partikelzusammensetzung im Winter nicht reproduzieren ", sagt Lyatt Jaeglé, der zweite Autor und Ko-Leiter der Feldkampagne der Zeitung.

"Wir haben jetzt ein besseres Instrument, um zu untersuchen, welche Strategie die Winterluftqualität auf regionaler Ebene im Osten der USA und möglicherweise auch in anderen Regionen wie Europa und Asien am besten verbessert."

Winterluftchemie

Im Sommer bleibt ein Teil des emittierten NOx und Schwefeldioxids in der Gasphase und wird durch Sonneneinstrahlung oder an Land abgelagert und der Rest bildet Partikel in Form von Nitraten und Sulfaten. Wenn die Hauptbestandteile fallen, sinken auch die Feinstaubmengen.


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Die neue Analyse zeigt jedoch, dass die Chemie der Winterluft einem komplexeren Weg folgt. Mit weniger Sonnenlicht und kälteren Temperaturen findet ein größerer Teil der Chemie in der flüssigen Phase statt, auf den Oberflächen von vorhandenen Partikeln oder Flüssigkeits- und Eiswolken. In dieser Phase steigt die Effizienz der Umwandlung von Schwefeldioxid in Sulfat, wenn die Hauptbestandteile fallen, weil mehr Oxidationsmittel zur Verfügung stehen. Und wenn Sulfat ausfällt, werden die Partikel weniger sauer, wodurch sich NO x leichter in Nitrate umwandelt.

Obwohl die Luftqualitätsvorschriften beide Arten von Primäremissionen reduziert haben, ist die Gesamtmenge an Partikeln, die die menschliche Gesundheit schädigen, langsamer gesunken.

"Es ist nicht so, dass die Ermäßigungen nicht funktionieren. Es ist nur so, dass die Kürzungen einen auslöschenden Effekt haben und der Aufhebungseffekt eine festgelegte Stärke hat ", sagt Shah, der jetzt Postdoc an der Harvard University ist. "Wir müssen weiter reduzieren. Sobald die Reduktionen größer als der Cancelling-Effekt sind, wird sich der Winter mehr wie im Sommer verhalten. "

Wie wird sich die Luftqualität ändern?

Die Studie prognostiziert, dass die Luftqualität im Winter sich bis mindestens 2023 nur langsam verbessern wird, wenn die Emissionsreduktionen die aktuellen Prognosen nicht übersteigen. Bei dieser Geschwindigkeit würde es mehrere Jahre dauern, bis die Emissionen das Niveau erreichen, an dem die Winterverschmutzung schneller abnimmt.

"Dieses Papier zeigt, dass das Verständnis der zugrundeliegenden Atmosphärenchemie, die primäre Schadstoffe in Feinstaub umwandelt, entscheidend ist, um unsere Erwartungen darüber, was Emissionsreduktionen erreichen werden, zu kalibrieren und somit zukünftige Emissionsreduktionen zu optimieren, um weiterhin den größten Knall zu bekommen "In Bezug auf die Verringerung der Feinstaubkonzentrationen", sagt der dritte Autor Joel Thornton, der der Hauptforscher der Feldkampagne war.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass mehr Emissionsreduktionen sowohl von Schwefel- als auch Stickoxiden erforderlich sein werden, um die Luftqualität im Winter in den östlichen USA und anderen kalten Klimazonen zu verbessern.

"Diese Forschung hilft zu erklären, warum Emissionskontrollen zur Reduzierung von Luftverschmutzungssubstanzen wie Sulfat und Nitrat im Winter in den östlichen USA nicht so erfolgreich waren wie erwartet", sagt Sylvia Edgerton, Programmdirektorin der Abteilung für atmosphärische und atmosphärische Gase der National Science Foundation Geospace Sciences, die die Forschung finanziert.

"Die WINTER Feldkampagne hat eine einzigartige Winterbeobachtung hervorgebracht. Sie zeigen, dass chemische Rückkopplungen während der Wintermonate der erwarteten Verringerung der Luftverschmutzung aufgrund reduzierter Emissionen entgegenwirken. "

Weitere Mitautoren sind von der University of Washington; Georgia Tech; die Universität von Colorado Boulder; Colorado State University; North Carolina A & T State Universität; das Nationale Zentrum für Atmosphärenforschung in Boulder; und die National Oceanic and Atmospheric Administration in Boulder. Die National Science Foundation finanzierte die Arbeit mit Sachleistungen der NASA und der National Oceanic and Atmospheric Administration.

Quelle: Universität von Washington

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