Trots övergripande lägre nivåer av skadliga utsläpp från kraftverk och fordon under hela året är vinterföroreningarna i östra USA fortfarande höga. En ny studie förklarar varför.

Sommaren brukade vara affischbarnet för dis-innehållande partiklar som orsakar astma, lungcancer och andra sjukdomar, säger forskare.

"Under de senaste 10-åren har sommarluftföroreningsnivån minskat snabbt, medan vinterens luftföroreningsnivåer inte har. Luftkvaliteten på sommaren är nu nästan densamma som på vintern i östra USA ", säger motsvarande författare Viral Shah, som gjorde arbetet som en del av hans doktorsavhandling i atmosfärsvetenskap vid University of Washington. "Vi har identifierat de kemiska processerna som förklarar säsongsskillnaden som svar på utsläppsminskningar."

Studien, som framträder i Proceedings of the National Academy of Sciences, visar att partiklarna följer olika vägar på vintern.

Smog smaker

Resultaten kom från att analysera observationer som samlats in under kampanjen 2015 Wintertime Investigation of Transport, Emissions and Reactivity (WINTER). Under den ansträngningen tillbringade forskare sex veckor på vintern som flydde genom föroreningar över New York, Baltimore, Cincinnati, Columbus, Pittsburgh, Washington, DC och längs de koleldade kraftverken i Ohio River Valley.

"Vi har nu ett bättre verktyg för att titta på vad som är den bästa strategin för att förbättra vintertidens luftkvalitet ..."

Partiklar som bildar smog kommer i olika smaker. Två viktiga är sulfater, från svaveldioxid som huvudsakligen utlämnas av koleldade kraftverk, och nitrater, framställda av kväveoxider kända kollektivt som NOx. Luftkvalitetsregler har sänkt svaveldioxid i USA med 68-procent mellan 2007 och 2015 och NOx med cirka en tredjedel under den tiden.

Sommartidsnivåer av partiklar - när de två smakerna av oxider klumpar upp i vattna paket av nitrater och sulfater som skapar vackra solnedgångar men skadar människors hälsa - har tappat i östra USA med cirka en tredjedel under den tiden. Men vinterkonsentrationerna av partiklar har minskat med bara hälften så mycket, av skäl som varit oklara.

"De luftkvalitetsmodeller som vi använder för att förstå ursprunget till luftföroreningar fungerar ganska bra på sommaren, men har vissa problem på vintern. Före den här studien kunde vi inte reproducera den observerade partikelformiga kompositionen på vintern, säger Lyatt Jaeglé, som var papperets andra författare och medförste utredare av fältkampanjen.

"Vi har nu ett bättre verktyg för att titta på vad som är den bästa strategin för att förbättra luftkvaliteten i vintertid på regionala vågar i östra USA och eventuellt andra platser, som Europa och Asien."

Vinterluftkemi

På sommaren kvarstår några av de utsläppta NOx och svaveldioxid i gasfasen och blir zapped genom solljus eller deponeras på land, och resten bildar partiklar i form av nitrater och sulfater. När de primära ingredienserna sjunker, så gör nivåerna av partiklar.

Men den nya analysen visar att kemi av vintertidens luft följer en mer komplex väg. Med mindre solljus och kallare temperaturer händer mer kemi i vätskefasen, på ytorna av befintliga partiklar eller flytande och ismoln. I den här fasen ökar effektiviteten vid omvandling av svaveldioxid till sulfat, eftersom de flesta oxidanter är tillgängliga. Och när sulfat går ner blir partiklarna mindre sura, vilket gör NOx lättare att omvandla till nitrater.

Så även om luftkvalitetsbestämmelserna har reducerat båda typerna av primära utsläpp har den totala mängden partiklar som skadar människors hälsa sjunkit långsammare.

"Det är inte så att reduktionerna inte fungerar. Det är bara att reduktionerna har en avbrytande effekt, och avbrytande effekten har en bestämd styrka, säger Shah, som nu är en postdoktoral forskare vid Harvard University. "Vi måste göra ytterligare minskningar. När minskningarna blir större än avbrytningseffekten, börjar vintern börja bete sig som sommar. "

Hur kommer luftkvaliteten att förändras?

Studien förutsäger att om inte utsläppsminskningar överstiger nuvarande prognoser, kommer luftkvaliteten på vintern att fortsätta att förbättras endast gradvis till minst 2023. Vid denna hastighet skulle det vara flera år innan utsläpp når nivåer när vinterförorening börjar sjunka snabbare.

"Det här dokumentet visar att förståelsen av den underliggande atmosfärskemin som omvandlar primära föroreningar till fina partiklar är avgörande för att kalibrera våra förväntningar om vilka utsläppsminskningar som kommer att uppnås och därför för hur man optimerar framtida utsläppsminskningar för att fortsätta att få den största buken för pengarna "när det gäller att minska koncentrationerna av fin partiklar", säger tredje författaren Joel Thornton, som var huvudforskaren på fältkampanjen.

Resultaten tyder på att fler utsläppsreduktioner, både svavel och kväveoxider, kommer att behövas för att förbättra luftkvaliteten i vintertid i östra USA och andra kalla klimat.

"Denna forskning bidrar till att förklara varför utsläppskontrollerna för att minska luftföroreningar, som sulfat och nitrat, inte har varit så framgångsrika som förväntat i östra USA på vintern", säger Sylvia Edgerton, programchef i National Science Foundations division of Atmospheric and Geospace Sciences, som finansierade forskningen.

"WINTER-fältkampanjen producerade en unik uppsättning vinter observationer. De visar att kemiska återkopplingar under vintermånaderna motverkar förväntade minskningar av luftföroreningar på grund av minskade utsläpp. "

Ytterligare medförfattare är från University of Washington; Georgia Tech; University of Colorado Boulder; Colorado State University; North Carolina A&T State University; National Center for Atmospheric Research i Boulder; och National Oceanic and Atmospheric Administration i Boulder. National Science Foundation, med naturligt stöd från NASA och National Oceanic and Atmospheric Administration, finansierade arbetet.

Källa: University of Washington

Relaterade böcker:

at InnerSelf Market och Amazon