Luftforurening er en stor global miljørisiko for vores sundhed og fødevaresikkerhed. Det anslås, at den forårsager ca. 3,7 millioner for tidlige dødsfald på verdensplan og ødelægger nok afgrøder til at brødføde millioner af mennesker hvert år.
Sundhedsmyndigheder, den brede offentlighed og landmænd har brug for forhåndsvarsel, når farlige luftkvalitetsniveauer er på vej op. Forskere og ingeniører ved National Center for Atmospheric Research (NCAR) arbejder i samarbejde med andre myndigheder på at udvikle nye teknologier, der direkte hjælper beslutningstagere med at planlægge for dage med høj forurening.
Dette arbejde gør det muligt for meteorologer og lokale planlæggere at:
- Forudsige luftkvaliteten for byer og landområder dage i forvejen.
- Projicere virkningen af fremtidige ændringer i menneskelige aktiviteter og klimaet på luftkvaliteten.
- Kvantificere den grænseoverskridende transport af luftforurening.
- Kvantificering af regional transport af luftforurenende stoffer inden for et land.
- Vurdering af luftforureningens samfundsmæssige virkninger.
- Forbedring af emissionsestimater.
An Advanced Air-Quality Forecasting System
De nuværende prognoser for luftkvaliteten er begrænsede. De giver en simpel forudsigelse med en enkelt værdi og angiver ikke den usikkerhed, der er forbundet med forudsigelsen. De fortæller også på en forsimplet måde, om ozonniveauet vil være højt eller lavt. Der er behov for langt mere detaljerede prognoser, og med støtte fra NASA er NCAR og dets partnere ved at udvikle en ny kapacitet til at udarbejde detaljerede 48-timers prognoser for ozon og fine partikler i jordoverfladen.
Denne nye prognosekapacitet kombinerer satellit- og in situ-observationer med den mest avancerede modellering og vil generere detaljerede luftkvalitetsprognoser. Ligesom en vejrudsigt f.eks. kan advare om en 80 % chance for regn om eftermiddagen, kan de nye luftkvalitetsprognoser advare om en 80 % chance for høje ozonniveauer på bestemte tidspunkter af dagen. Sådanne forbedrede prognoser vil i høj grad forbedre beslutningstagningen i forbindelse med luftkvalitetsstyring. Dette system er ved at blive etableret over USA, men kan let anvendes i alle dele af verden.
Projektion af den fremtidige luftkvalitet
For at kvantificere fremtidige ændringer i luftkvaliteten som følge af ændringer i det fremtidige klima og menneskelige aktiviteter har NCAR udviklet en global og regional klimamodel koblet med kemi. Disse modeller kan bruges til at undersøge virkningen af forskellige emissionsscenarier på luftkvaliteten i en hvilken som helst region i verden. De er blevet brugt til at forudsige ændringer i luftkvaliteten over USA og Indien helt frem til midten af århundredet (2050).
Modelresultaterne viser, at det menneskeskabte emissionsscenarie RCP 8,5 (Representative Concentration Pathway) kan forbedre luftkvaliteten i USA, men ikke i Indien.
Kvantificering af grænseoverskridende transport af forurenende stoffer
Afhængigt af partiklernes levetid kan luftforurenende stoffer transporteres af atmosfæriske vinde fra et land til et andet. Det bliver derfor meget vigtigt at kvantificere bidraget fra en sådan grænseoverskridende transport, når der udformes strategier til begrænsning af luftforurening.
NCAR har udviklet en teknik med mærkede sporstoffer til at kvantificere det grænseoverskridende bidrag til både gasformige (carbonmonoxid, CO) og aerosolformige (sort kulstof, BC) forurenende stoffer. Ved hjælp af denne teknik anslås den grænseoverskridende transport at bidrage med op til 30 % til CO-forureningen om vinteren, men mindre end 5 % til BC-forureningen i Indien, hvilket viser, at Indien skal samarbejde med nabolandene for at reducere kulilteforureningen. Det viser dog også, at landet kan kontrollere forureningen med sort kulstof.
Arbejde med at udvikle nye teknologier, der direkte hjælper beslutningstagere med at planlægge for dage med høj forurening.
Kvantificering af regional transport af forurenende stoffer
Som den grænseoverskridende transport er det også vigtigt at kvantificere bidraget fra regional transport (defineret som emissioner fra alle regioner i landet undtagen den pågældende region) til luftkvaliteten i en region i landet med henblik på at udforme afbødningsstrategier. Bidraget fra regional transport til CO- og BC-forurening i forskellige regioner i Sydasien er blevet kvantificeret ved hjælp af teknikken med mærkede sporstoffer.
Vurdering af luftforureningens samfundsmæssige virkninger
NCAR og dets partnere har koblet de kemiske transportmodeller med landbrugsproduktions- og befolkningsdatasæt for at vurdere luftforureningens virkninger på menneskers sundhed og afgrøder. For den indiske region er det blevet anslået, at ozonforurening på overfladen ødelægger nok fødevarer til at brødføde ca. 94 millioner mennesker og sammen med fine partikler kan føre til ca. 0,9 millioner for tidlige dødsfald hvert år. Den økonomiske skade, der er forbundet med luftforureningens indvirkning på sundhed og afgrøder i Indien, anslås at være på over 2 mia. USD.
Improving Emission Estimates
De nuværende globale og regionale bottom-up-emissionsestimater er tilgængelige til vurdering af virkningen af menneskelige aktiviteter på luftkvaliteten. Disse emissionsskøn er imidlertid meget usikre i nogle regioner i verden. For at reducere usikkerheden i disse emissionsestimater har NCAR udviklet inverse modelleringsalgoritmer, der kombinerer kemiske transportmodeller med in situ- og satellitobservationer af forurenende stoffer for at begrænse emissionerne.