Luchtverontreiniging is een groot wereldwijd milieurisico voor onze gezondheid en voedselzekerheid. Ze veroorzaakt wereldwijd naar schatting 3,7 miljoen vroegtijdige sterfgevallen en vernietigt elk jaar genoeg gewassen om miljoenen mensen te voeden.
Gezondheidsfunctionarissen, het grote publiek en boeren moeten van tevoren weten wanneer de gevaarlijke luchtkwaliteitsniveaus stijgen. Onderzoekers en ingenieurs van het National Center for Atmospheric Research (NCAR), in samenwerking met andere agentschappen, zijn toegewijd aan het ontwikkelen van nieuwe technologieën die besluitvormers direct helpen plannen voor dagen met hoge verontreiniging.
Dit werk stelt meteorologen en lokale planners in staat om:
- Voorspelling luchtkwaliteit voor steden en landelijke gebieden dagen van tevoren.
- Het effect van toekomstige veranderingen in menselijke activiteiten en het klimaat op de luchtkwaliteit voorspellen.
- Het grensoverschrijdend transport van luchtverontreiniging kwantificeren.
- Bepaling van regionaal transport van luchtverontreinigende stoffen binnen een land.
- Bepaling van maatschappelijke gevolgen van luchtverontreiniging.
- Verbetering van emissieramingen.
Een geavanceerd systeem voor luchtkwaliteitsvoorspellingen
De huidige voorspellingen van de luchtkwaliteit zijn beperkt. Zij geven een eenvoudige voorspelling met één waarde en specificeren niet de onzekerheid die met de voorspelling samenhangt. Ook geven zij op simplistische wijze aan of de ozonconcentratie hoog of laag zal zijn. Er is veel meer detail nodig in de voorspelling, en met financiering van de NASA ontwikkelen het NCAR en zijn partners een nieuwe capaciteit om 48-uurs gedetailleerde voorspellingen van ozon en fijne stofdeeltjes op grondniveau te produceren.
Deze nieuwe voorspellingscapaciteit combineert satelliet- en in-situ-waarnemingen met de modernste modellering en zal gedetailleerde luchtkwaliteitsvoorspellingen opleveren. Net zoals een weersvoorspelling bijvoorbeeld kan waarschuwen voor 80% kans op regen in de namiddag, kunnen nieuwe luchtkwaliteitsvoorspellingen waarschuwen voor 80% kans op hoge ozonniveaus gedurende bepaalde tijdstippen van de dag. Dergelijke verbeterde voorspellingen zullen de besluitvorming bij het beheer van de luchtkwaliteit aanzienlijk verbeteren. Dit systeem wordt opgezet voor de VS, maar kan gemakkelijk op elk deel van de wereld worden toegepast.
Projectie van toekomstige luchtkwaliteit
Om toekomstige veranderingen in de luchtkwaliteit ten gevolge van veranderingen in het toekomstige klimaat en menselijke activiteiten te kwantificeren, heeft het NCAR een mondiaal en regionaal klimaatmodel ontwikkeld, gekoppeld aan chemie. Deze modellen kunnen worden gebruikt om het effect van verschillende emissiescenario’s op de luchtkwaliteit van elke regio ter wereld te onderzoeken. Ze zijn gebruikt om veranderingen in de luchtkwaliteit boven de VS en India te voorspellen tot halverwege de eeuw (2050).
De modelresultaten laten zien dat het antropogene emissiescenario van het representatieve concentratietraject (RCP) 8.5 de luchtkwaliteit in de VS kan verbeteren, maar niet in India.
Quantifying Cross-Border Transport of Pollutants
Verontreinigende stoffen in de lucht kunnen, afhankelijk van de levensduur van de deeltjes, door atmosferische winden van het ene land naar het andere worden getransporteerd. Bij het ontwerpen van strategieën ter bestrijding van luchtverontreiniging is het dan ook van groot belang de bijdrage van een dergelijk grensoverschrijdend transport te kwantificeren.
HetNCAR heeft een “tagged tracer”-techniek ontwikkeld om de grensoverschrijdende bijdrage aan zowel gasvormige (koolmonoxide, CO) als aërosolvormige (zwarte koolstof, BC) verontreinigende stoffen te kwantificeren. Met behulp van deze techniek wordt geschat dat het grensoverschrijdende transport in de winter tot 30% bijdraagt aan de CO-verontreiniging, maar minder dan 5% aan de BC-verontreiniging in India, hetgeen erop wijst dat India met zijn buurlanden moet samenwerken om de koolmonoxideverontreiniging terug te dringen. Er blijkt echter ook uit dat het land de verontreiniging door zwarte koolstof kan beheersen.
Werken aan de ontwikkeling van nieuwe technologieën die besluitvormers rechtstreeks helpen plannen voor dagen met een hoge verontreiniging.
Kwantificering van regionaal vervoer van verontreinigende stoffen
Net als het grensoverschrijdend vervoer is het ook belangrijk om de bijdrage van regionaal vervoer (gedefinieerd als emissies uit alle regio’s van het land met uitzondering van die regio) aan de luchtkwaliteit van een regio van het land te kwantificeren om bestrijdingsstrategieën te kunnen ontwerpen. De bijdrage van regionaal transport aan CO en BC verontreiniging in verschillende regio’s van Zuid-Azië is gekwantificeerd met behulp van de tagged tracer techniek.
Assessing Societal Impacts of Air Pollution
NCAR en zijn partners hebben de chemietransportmodellen gekoppeld aan agrarische productie- en bevolkingsdatasets om de effecten van luchtverontreiniging op de menselijke gezondheid en gewassen te beoordelen. Voor de Indiase regio is geschat dat de verontreiniging door ozon aan het oppervlak genoeg voedsel vernietigt om ongeveer 94 miljoen mensen te voeden en samen met fijne zwevende deeltjes kan leiden tot ongeveer 0,9 miljoen voortijdige sterfgevallen per jaar. De economische schade in verband met de gevolgen van de luchtverontreiniging voor de gezondheid en de gewassen in India wordt geraamd op meer dan 2 miljard USD.
Verbetering van de emissieramingen
De huidige mondiale en regionale bottom-up emissieramingen zijn beschikbaar om het effect van menselijke activiteiten op de luchtkwaliteit te beoordelen. Deze emissieramingen zijn in sommige regio’s van de wereld echter zeer onzeker. Om de onzekerheid in deze emissieramingen te verminderen, heeft het NCAR inverse modelleringsalgoritmen ontwikkeld die chemische transportmodellen combineren met in situ- en satellietwaarnemingen van verontreinigende stoffen om de emissies te beperken.