Zanieczyszczenie powietrza jest głównym globalnym zagrożeniem środowiskowym dla naszego zdrowia i bezpieczeństwa żywnościowego. Szacuje się, że powoduje ono około 3,7 miliona przedwczesnych zgonów na całym świecie i niszczy uprawy wystarczające do wyżywienia milionów ludzi każdego roku.
Urzędnicy służby zdrowia, opinia publiczna i rolnicy potrzebują wcześniejszego powiadomienia, gdy niebezpieczny poziom jakości powietrza wzrasta. Naukowcy i inżynierowie z National Center for Atmospheric Research (NCAR), we współpracy z innymi agencjami, są zaangażowani w rozwój nowych technologii, które bezpośrednio pomagają decydentom planować dni wysokiego zanieczyszczenia.
Ta praca pozwala meteorologom i lokalnym planistom:
- Przewidywać jakość powietrza dla miast i obszarów wiejskich z wyprzedzeniem kilku dni.
- Prognozować wpływ przyszłych zmian w działalności człowieka i klimacie na jakość powietrza.
- Określać transgraniczny transport zanieczyszczeń powietrza.
- Oszacuj regionalny transport zanieczyszczeń powietrza w obrębie kraju.
- Oszacuj społeczne skutki zanieczyszczenia powietrza.
- Popraw oszacowania emisji.
An Advanced Air-Quality Forecasting System
Obecne prognozy jakości powietrza są ograniczone. Dostarczają one prostej, jednowartościowej prognozy i nie określają niepewności związanej z tą prognozą. Mówią również w uproszczony sposób, czy poziom ozonu będzie wysoki czy niski. Znacznie więcej szczegółów w prognozie jest potrzebne, a dzięki funduszom z NASA, NCAR i jego partnerzy rozwijają nową zdolność do produkcji 48-godzinnych szczegółowych prognoz poziomu ozonu przyziemnego i drobnego pyłu zawieszonego.
Ta nowa zdolność prognozowania łączy obserwacje satelitarne i in situ z modelowaniem state-of-the-art i będzie generować prognozy jakości powietrza w drobnych szczegółach. Podobnie jak prognoza pogody, na przykład, może ostrzegać o 80% szans na deszcz po południu, nowe prognozy jakości powietrza mogą ostrzegać o 80% szans na wysoki poziom ozonu w określonych porach dnia. Takie ulepszone prognozy znacznie usprawnią proces podejmowania decyzji w zakresie zarządzania jakością powietrza. System ten jest tworzony nad USA, ale może być łatwo zastosowany w każdej części świata.
Projection of Future Air Quality
Aby określić ilościowo przyszłe zmiany w jakości powietrza spowodowane zmianami w przyszłym klimacie i działalnością człowieka, NCAR opracował globalny i regionalny model klimatu sprzężony z chemią. Modele te mogą być wykorzystywane do badania wpływu różnych scenariuszy emisji na jakość powietrza w dowolnym regionie świata. Zostały one wykorzystane do przewidywania zmian w jakości powietrza nad USA i Indiami tak daleko, jak w połowie wieku (2050).
Wyniki modelu pokazują, że scenariusz emisji antropogenicznej Representative Concentration Pathway (RCP) 8.5 może poprawić jakość powietrza w USA, ale nie w Indiach.
Quantifying Cross-Border Transport of Pollutants
Zależnie od czasu życia cząstek stałych, zanieczyszczenia powietrza mogą być przenoszone przez wiatry atmosferyczne z jednego kraju do drugiego. Dlatego bardzo ważne staje się ilościowe określenie udziału takiego transgranicznego transportu przy projektowaniu strategii ograniczania zanieczyszczenia powietrza.
NCAR opracował technikę znacznika do ilościowego określenia transgranicznego wkładu do zanieczyszczeń zarówno gazowych (tlenek węgla, CO), jak i aerozolowych (czarny węgiel, BC). Przy użyciu tej techniki oszacowano, że transport transgraniczny przyczynia się do 30% zanieczyszczenia CO w okresie zimowym, ale mniej niż 5% do zanieczyszczenia BC w Indiach, co wskazuje, że Indie muszą współpracować z sąsiednimi krajami w celu zmniejszenia zanieczyszczenia tlenkiem węgla. Jednak okazuje się również, że kraj może kontrolować zanieczyszczenie czarnym węglem.
Praca nad rozwojem nowych technologii, które bezpośrednio pomagają decydentom planować dni o wysokim zanieczyszczeniu.
Kwantyfikacja regionalnego transportu zanieczyszczeń
Tak jak w przypadku transportu transgranicznego, ważne jest również ilościowe określenie wkładu transportu regionalnego (zdefiniowanego jako emisje ze wszystkich regionów kraju z wyłączeniem tego regionu) w jakość powietrza w danym regionie kraju w celu opracowania strategii łagodzenia skutków. Wkład transportu regionalnego w zanieczyszczenie CO i BC w różnych regionach Azji Południowej został określony ilościowo przy użyciu techniki znaczników.
Assessing Societal Impacts of Air Pollution
NCAR i jego partnerzy połączyli modele transportu chemicznego z zestawami danych dotyczących produkcji rolnej i populacji, aby ocenić wpływ zanieczyszczenia powietrza na zdrowie ludzkie i uprawy. Dla regionu Indii oszacowano, że zanieczyszczenie ozonem powierzchniowym niszczy wystarczającą ilość żywności, aby wyżywić około 94 milionów ludzi, a wraz z drobnymi cząstkami stałymi może prowadzić do około 0,9 miliona przedwczesnych zgonów każdego roku. Szkody gospodarcze związane z wpływem zanieczyszczenia powietrza na zdrowie i uprawy w Indiach szacuje się na ponad 2 mld USD.
Improving Emission Estimates
Obecne globalne i regionalne szacunki emisji typu bottom-up są dostępne w celu oceny wpływu działalności człowieka na jakość powietrza. Jednak te szacunki emisji są wysoce niepewne w niektórych regionach świata. W celu zmniejszenia niepewności w tych szacunkach emisji, NCAR opracował algorytmy modelowania odwrotnego, które łączą modele transportu chemicznego z obserwacjami in situ i satelitarnymi zanieczyszczeń w celu ograniczenia emisji.
.