Znečištění ovzduší představuje hlavní globální environmentální riziko pro naše zdraví a potravinovou bezpečnost. Odhaduje se, že způsobuje přibližně 3,7 milionu předčasných úmrtí na celém světě a každoročně zničí dostatek plodin, aby nasytilo miliony lidí.
Zdravotníci, široká veřejnost i zemědělci potřebují být předem upozorněni na zvyšující se nebezpečnou úroveň kvality ovzduší. Výzkumníci a inženýři z Národního centra pro výzkum atmosféry (NCAR) se ve spolupráci s dalšími agenturami věnují vývoji nových technologií, které přímo pomáhají rozhodovacím orgánům plánovat dny s vysokým znečištěním.
Tato práce umožňuje meteorologům a místním plánovačům:
- Předpovídat kvalitu ovzduší pro města a venkovské oblasti několik dní předem.
- Projektovat dopad budoucích změn lidských činností a klimatu na kvalitu ovzduší.
- Kvantifikovat přeshraniční přenos znečištění ovzduší.
- Kvantifikovat regionální přenos látek znečišťujících ovzduší v rámci země.
- Ohodnotit společenské dopady znečištění ovzduší.
- Zlepšit odhady emisí.
Pokročilý systém předpovědí kvality ovzduší
Současné předpovědi kvality ovzduší jsou omezené. Poskytují jednoduchou předpověď o jedné hodnotě a neuvádějí nejistotu spojenou s předpovědí. Zjednodušeně také říkají, zda bude úroveň ozonu vysoká nebo nízká. Je zapotřebí mnohem podrobnější předpovědi a NCAR se svými partnery vyvíjí za finanční podpory NASA novou schopnost vytvářet 48hodinové podrobné předpovědi přízemního ozonu a jemných prachových částic.
Tato nová předpovědní schopnost kombinuje družicová a in situ pozorování s nejmodernějším modelováním a bude vytvářet předpovědi kvality ovzduší v jemných detailech. Stejně jako předpověď počasí může například varovat před 80% pravděpodobností deště v odpoledních hodinách, nové předpovědi kvality ovzduší mohou varovat před 80% pravděpodobností vysokých hladin ozonu v určitých částech dne. Takové zdokonalené předpovědi významně zlepší rozhodovací činnost při řízení kvality ovzduší. Tento systém se vytváří nad USA, ale lze jej snadno aplikovat na jakoukoli část světa.
Projekce budoucí kvality ovzduší
Pro kvantifikaci budoucích změn kvality ovzduší v důsledku změn budoucího klimatu a lidských činností vyvinul NCAR globální a regionální klimatický model spojený s chemií. Tyto modely lze použít ke zkoumání dopadu různých emisních scénářů na kvalitu ovzduší v kterékoli oblasti světa. Byly použity k předpovědi změn kvality ovzduší nad USA a Indií až do poloviny století (2050).
Výsledky modelu ukazují, že antropogenní emisní scénář RCP 8.5 (Representative Concentration Pathway) může zlepšit kvalitu ovzduší v USA, ale ne v Indii.
Kvantifikace přeshraničního přenosu znečišťujících látek
V závislosti na životnosti částic mohou být látky znečišťující ovzduší přenášeny atmosférickými větry z jedné země do druhé. Při navrhování strategií zmírňování znečištění ovzduší se tak stává velmi důležitým kvantifikovat podíl tohoto přeshraničního přenosu.
NCAR vyvinula techniku značeného stopovače pro kvantifikaci přeshraničního příspěvku jak plynných (oxid uhelnatý, CO), tak aerosolových (černý uhlík, BC) znečišťujících látek. Pomocí této techniky se odhaduje, že přeshraniční přenos přispívá až 30 % k zimnímu znečištění CO, ale méně než 5 % ke znečištění BC v Indii, což naznačuje, že Indie musí spolupracovat se sousedními zeměmi na snížení znečištění oxidem uhelnatým. Ukazuje se však také, že země může kontrolovat znečištění černým uhlíkem.
Práce na vývoji nových technologií, které přímo pomáhají rozhodovacím orgánům plánovat dny s vysokým znečištěním.
Kvantifikace regionálního přenosu znečišťujících látek
Stejně jako u přeshraničního přenosu je také důležité kvantifikovat příspěvek regionálního přenosu (definovaného jako emise ze všech regionů země s výjimkou daného regionu) ke kvalitě ovzduší v určitém regionu země, aby bylo možné navrhnout strategie zmírňování znečištění. Příspěvek regionálního přenosu ke znečištění CO a BC v různých regionech jižní Asie byl kvantifikován pomocí techniky značeného stopovače.
Ohodnocení společenských dopadů znečištění ovzduší
NCAR a jeho partneři spojili chemické modely přenosu se zemědělskou produkcí a soubory údajů o obyvatelstvu, aby posoudili dopady znečištění ovzduší na lidské zdraví a plodiny. Pro oblast Indie bylo odhadnuto, že znečištění přízemním ozonem ničí dostatek potravin pro výživu asi 94 milionů lidí a spolu s jemnými prachovými částicemi může vést k asi 0,9 milionu předčasných úmrtí ročně. Ekonomické škody spojené s dopady znečištění ovzduší v Indii na zdraví a úrodu se odhadují na více než 2 miliardy USD.
Zlepšení odhadů emisí
Pro posouzení vlivu lidské činnosti na kvalitu ovzduší jsou k dispozici současné globální a regionální odhady emisí zdola nahoru. Tyto odhady emisí jsou však v některých oblastech světa velmi nejisté. Pro snížení nejistoty v těchto odhadech emisí vyvinul NCAR algoritmy inverzního modelování, které kombinují chemické modely přenosu s in situ a satelitními pozorováními znečišťujících látek s cílem omezit emise.
.