Luftföroreningar är en stor global miljörisk för vår hälsa och livsmedelssäkerhet. Det beräknas orsaka cirka 3,7 miljoner förtida dödsfall i världen och förstör tillräckligt med grödor för att föda miljontals människor varje år.
Hälsotjänstemän, allmänheten och jordbrukare behöver få förvarning i förväg när farliga luftkvalitetsnivåer är på väg upp. Forskare och ingenjörer vid National Center for Atmospheric Research (NCAR) arbetar i samarbete med andra myndigheter för att utveckla ny teknik som direkt hjälper beslutsfattare att planera för dagar med hög luftförorening.
Detta arbete gör det möjligt för meteorologer och lokala planerare att:
- Förutsäga luftkvaliteten för städer och landsbygdsområden flera dagar i förväg.
- Projicera effekterna av framtida förändringar i mänsklig verksamhet och klimat på luftkvaliteten.
- Kvantifiera gränsöverskridande transporter av luftföroreningar.
- Kvantifiera regional transport av luftföroreningar inom ett land.
- Bedöm samhällseffekterna av luftföroreningar.
- Förbättra uppskattningarna av utsläpp.
Ett avancerat system för prognostisering av luftkvalitet
De nuvarande prognoserna för luftkvalitet är begränsade. De ger en enkel förutsägelse med ett enda värde och anger inte den osäkerhet som är förknippad med förutsägelsen. De anger också på ett förenklat sätt om ozonnivåerna kommer att vara höga eller låga. Det behövs mycket mer detaljerade prognoser, och med finansiering från NASA håller NCAR och dess partner på att utveckla en ny kapacitet för att ta fram detaljerade 48-timmarsprognoser för ozon i marknivå och fina partiklar.
Denna nya prognoskapacitet kombinerar satellit- och in situ-observationer med modern modellering och kommer att generera detaljerade luftkvalitetsprognoser. Precis som en väderprognos till exempel kan varna för en 80-procentig risk för regn på eftermiddagen, kan nya luftkvalitetsprognoser varna för en 80-procentig risk för höga ozonnivåer under vissa tider på dagen. Sådana förbättrade prognoser kommer att avsevärt förbättra beslutsfattandet inom luftkvalitetsförvaltningen. Detta system håller på att byggas upp över USA men kan lätt tillämpas i vilken del av världen som helst.
Projektion av framtida luftkvalitet
För att kvantifiera framtida förändringar av luftkvaliteten på grund av förändringar i det framtida klimatet och mänsklig verksamhet har NCAR utvecklat en global och regional klimatmodell som är kopplad till kemi. Dessa modeller kan användas för att undersöka hur olika utsläppsscenarier påverkar luftkvaliteten i vilken region som helst i världen. De har använts för att förutsäga förändringar i luftkvaliteten över USA och Indien fram till mitten av århundradet (2050).
Modellresultaten visar att det antropogena utsläppsscenariot Representative Concentration Pathway (RCP) 8,5 kan förbättra luftkvaliteten i USA men inte i Indien.
Kvantifiering av gränsöverskridande transport av föroreningar
Avhängigt av partikelns livslängd kan luftföroreningar transporteras av atmosfäriska vindar från ett land till ett annat. Det blir därför mycket viktigt att kvantifiera bidraget från sådan gränsöverskridande transport när man utformar strategier för att minska luftföroreningar.
NCAR har utvecklat en teknik med märkta spårämnen för att kvantifiera det gränsöverskridande bidraget till både gasformiga föroreningar (kolmonoxid, CO) och aerosolföroreningar (svart kol, BC). Med hjälp av denna teknik uppskattas den gränsöverskridande transporten bidra med upp till 30 % till CO-föroreningar vintertid men mindre än 5 % till BC-föroreningar i Indien, vilket tyder på att Indien måste samarbeta med grannländerna för att minska kolmonoxidföroreningarna. Det visar dock också att landet kan kontrollera föroreningarna av svart kol.
Arbeta för att utveckla ny teknik som direkt hjälper beslutsfattare att planera för dagar med hög förorening.
Kvantifiering av den regionala transporten av föroreningar
Samma som för den gränsöverskridande transporten är det också viktigt att kvantifiera bidraget från den regionala transporten (definierad som utsläpp från alla regioner i landet utom den aktuella regionen) till luftkvaliteten i en region i landet för att utforma strategier för att minska föroreningarna. Den regionala transportens bidrag till CO- och BC-föroreningar i olika regioner i Sydasien har kvantifierats med hjälp av tekniken med märkta spårämnen.
Bedömning av luftföroreningens samhälleliga effekter
NCAR och dess samarbetspartner har kopplat ihop kemiska transportmodeller med jordbruksproduktion och befolkningsdata för att bedöma luftföroreningens effekter på människors hälsa och grödor. För den indiska regionen har det uppskattats att ozonföroreningar på ytan förstör tillräckligt med mat för att föda cirka 94 miljoner människor och tillsammans med fina partiklar kan leda till cirka 0,9 miljoner förtida dödsfall varje år. Den ekonomiska skadan i samband med luftföroreningars inverkan på hälsa och grödor i Indien uppskattas till mer än 2 miljarder US-dollar.
Förbättrade utsläppsberäkningar
Det finns nuvarande globala och regionala bottom-up-utsläppsuppskattningar för att bedöma effekten av mänsklig verksamhet på luftkvaliteten. Dessa utsläppsberäkningar är dock mycket osäkra i vissa regioner i världen. För att minska osäkerheten i dessa utsläppsberäkningar har NCAR utvecklat algoritmer för invers modellering som kombinerar kemiska transportmodeller med in situ- och satellitobservationer av föroreningar för att begränsa utsläppen.