La pollution atmosphérique est un risque environnemental mondial majeur pour notre santé et notre sécurité alimentaire. On estime qu’elle est à l’origine d’environ 3,7 millions de décès prématurés dans le monde et qu’elle détruit suffisamment de récoltes pour nourrir des millions de personnes chaque année.
Les responsables de la santé, le grand public et les agriculteurs ont besoin d’être avertis à l’avance lorsque les niveaux dangereux de la qualité de l’air sont en hausse. Les chercheurs et les ingénieurs du National Center for Atmospheric Research (NCAR), en collaboration avec d’autres agences, se consacrent au développement de nouvelles technologies qui aident directement les décideurs à planifier les jours de forte pollution.
Ces travaux permettent aux météorologues et aux planificateurs locaux de :
- Prévoir la qualité de l’air pour les villes et les zones rurales plusieurs jours à l’avance.
- Projeter l’impact des changements futurs des activités humaines et du climat sur la qualité de l’air.
- Quantifier le transport transfrontalier de la pollution atmosphérique.
- Quantifier le transport régional des polluants atmosphériques à l’intérieur d’un pays.
- Evaluer les impacts sociétaux de la pollution atmosphérique.
- Améliorer les estimations des émissions.
Un système avancé de prévision de la qualité de l’air
Les prévisions actuelles de la qualité de l’air sont limitées. Elles fournissent une simple prédiction à valeur unique et ne précisent pas l’incertitude associée à cette prédiction. Elles indiquent également de manière simpliste si les niveaux d’ozone seront élevés ou faibles. Il faut beaucoup plus de détails dans les prévisions et, avec le financement de la NASA, le NCAR et ses partenaires développent une nouvelle capacité pour produire des prévisions détaillées sur 48 heures de l’ozone au niveau du sol et des particules fines.
Cette nouvelle capacité de prévision combine des observations par satellite et in situ avec une modélisation de pointe et générera des prévisions de la qualité de l’air avec des détails fins. Tout comme une prévision météorologique, par exemple, peut avertir d’une probabilité de 80% de pluie dans l’après-midi, les nouvelles prévisions de la qualité de l’air peuvent avertir d’une probabilité de 80% de niveaux élevés d’ozone à certains moments de la journée. Ces prévisions améliorées renforceront considérablement l’activité décisionnelle dans la gestion de la qualité de l’air. Ce système est mis en place sur les États-Unis mais peut être facilement appliqué à n’importe quelle partie du monde.
Projection de la qualité de l’air future
Pour quantifier les changements futurs de la qualité de l’air dus aux changements du climat futur et des activités humaines, le NCAR a développé un modèle climatique global et régional couplé à la chimie. Ces modèles peuvent être utilisés pour examiner l’impact de différents scénarios d’émission sur la qualité de l’air de n’importe quelle région du monde. Ils ont été utilisés pour prédire les changements de la qualité de l’air sur les États-Unis et l’Inde jusqu’au milieu du siècle (2050).
Les résultats du modèle montrent que le scénario d’émissions anthropiques RCP (Representative Concentration Pathway) 8,5 peut améliorer la qualité de l’air aux États-Unis mais pas en Inde.
Quantification du transport transfrontalier des polluants
Selon la durée de vie des particules, les polluants atmosphériques peuvent être transportés par les vents atmosphériques d’un pays à l’autre. Ainsi, il devient très important de quantifier la contribution de ce transport transfrontalier tout en concevant des stratégies d’atténuation de la pollution atmosphérique.
Le CNRA a développé une technique de traceur marqué pour quantifier la contribution transfrontalière aux polluants gazeux (monoxyde de carbone, CO) et aérosols (carbone noir, BC). Grâce à cette technique, on estime que le transport transfrontalier contribue jusqu’à 30 % à la pollution hivernale au CO, mais moins de 5 % à la pollution au carbone noir en Inde, ce qui indique que l’Inde doit s’associer aux pays voisins pour réduire la pollution au monoxyde de carbone. Cependant, il révèle également que le pays peut contrôler la pollution par le carbone noir.
Travailler au développement de nouvelles technologies qui aident directement les décideurs à planifier les jours de forte pollution.
Quantifier le transport régional des polluants
Tout comme le transport transfrontalier, il est également important de quantifier la contribution du transport régional (défini comme les émissions de toutes les régions du pays à l’exclusion de cette région) à la qualité de l’air d’une région du pays afin de concevoir des stratégies d’atténuation. La contribution du transport régional à la pollution par le CO et le BC dans différentes régions d’Asie du Sud a été quantifiée à l’aide de la technique du traceur marqué.
Évaluer les impacts sociétaux de la pollution atmosphérique
Le CNRA et ses partenaires ont couplé les modèles de transport de la chimie avec des ensembles de données sur la production agricole et la population pour évaluer les impacts de la pollution atmosphérique sur la santé humaine et les cultures. Pour la région indienne, il a été estimé que la pollution par l’ozone de surface détruit suffisamment d’aliments pour nourrir environ 94 millions de personnes et, avec les particules fines, peut entraîner environ 0,9 million de décès prématurés chaque année. Les dommages économiques associés aux impacts de la pollution atmosphérique sur la santé et les cultures en Inde sont estimés à plus de 2 milliards USD.
Amélioration des estimations des émissions
Des estimations actuelles des émissions mondiales et régionales ascendantes sont disponibles pour évaluer l’effet des activités humaines sur la qualité de l’air. Cependant ces estimations d’émissions sont très incertaines sur certaines régions du monde. Pour réduire l’incertitude de ces estimations d’émissions, NCAR a développé des algorithmes de modélisation inverse qui combinent des modèles de transport de la chimie avec des observations in situ et par satellite des polluants pour contraindre les émissions.
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