Оценки глобального загрязнения открывают сюрпризы, а также возможности

Набор гибридных данных исследователей включает спутниковые снимки, моделирование и пробы воздуха.

Нередко можно встретить заголовки о загрязнении или глобальном потеплении и обнаружить, что они приходят к разным выводам в зависимости от источника данных.

Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе использовали согласованный подход, включив данные с нескольких спутников и наземных мониторов с компьютерным моделированием, чтобы составить всеобъемлющую согласованную карту загрязнения по всему миру. Их данные охватывают период с 1998 по 2018 год, обеспечивая текущую картину состояния качества воздуха в мире, которая открывает некоторые сюрпризы, как к лучшему, так и к худшему.

Исследованием руководила Мелани Хаммер, научный сотрудник лаборатории Рэндалла Мартина, профессора энергетики, окружающей среды и химической инженерии инженерной школы Маккелви.

Результаты их исследования, посвященного PM2,5 – крошечным частицам, способным проникать глубоко в дыхательную систему человека, – были опубликованы в июне 2020 года в Экологические науки и технологии.

«В предыдущих исследованиях, посвященных долгосрочным исследованиям PM2,5, не использовались столь же свежие данные, как у нас», – сказал Хаммер. Более старые данные не могут отражать результаты многих программ, направленных на ограничение загрязнения, даже если они действуют уже почти десять лет.

Так случилось в Китае, где значительное снижение загрязнения в недавнем прошлом было результатом стратегии, всерьез начатой ​​около 2011 года. Другие наборы данных не отражают этого снижения.

А в Индии – еще одной вызывающей беспокойство области – история не была столь позитивной. «Похоже, что уровень PM2,5 выходит на плато», – сказал Хаммер. Тем не менее, уровни не растут так резко, как можно предположить из других отчетов.

PM2,5 относится к размеру частиц – 2,5 мкм. Эти крошечные частицы создаются не только в природе, но и в результате деятельности человека, включая некоторые производственные процессы, выхлопы автомобилей и использование дровяных кухонных плит.

Нелегко измерить количество PM2,5 на земле, потому что нет какой-либо всеобъемлющей сети мониторинга, охватывающей весь земной шар. В Северной Америке и Европе есть обширные системы мониторинга, как и в Китае. Но, по словам Мартина, «в наземном мониторинге есть большие пробелы. Люди могут жить за сотни километров от мониторов ».

Таким образом, для разработки комплексной карты загрязнения наземных мониторов просто недостаточно.

Чтобы сделать глобальный снимок, команда Мартина начала со спутниковых снимков атмосферных столбов, простирающихся от земли до края космоса. Используя установленную модель GEOS-Chem, которая имитирует состав атмосферы, они могли сделать вывод, сколько PM2,5 должно быть на земле в нижней части любого заданного столбца.

При сравнении прогнозов с фактическими уровнями, измеренными наземными мониторами, согласие было поразительным. Фактически, Мартин сказал: «Это лучший на сегодняшний день уровень согласия».

Но исследователи все же пошли еще дальше.

Соглашение было отличным, но не идеальным. Поэтому Хаммер добавил различия между наблюдаемыми и прогнозируемыми количествами PM2,5 и расширил наземные прогнозы по всему миру, заполнив огромные пробелы между мониторами.

Этот дополнительный шаг позволил согласовать наблюдаемые и прогнозируемые уровни PM2,5 с 81% до 90%.

Как только они смогли внимательно изучить самые последние уровни загрязнения по всему миру, исследователи увидели некоторые резкие изменения по сравнению с предыдущими тенденциями. Особенно в Китае.

«Мы привыкли видеть только большие, растущие тенденции загрязнения окружающей среды», – сказал Хаммер. Но в Китае «что мы обнаружили с 2011 по 2018 год, так это то, что на самом деле наблюдается особенно сильная отрицательная тенденция».

В других странах Азии картина была не столь позитивной.

Хотя уровень загрязнения в Индии не увеличивался, страна, похоже, находится в фазе плато. «Широкое плато с очень высокими концентрациями, которым подвергается большая часть населения, вызывает серьезное беспокойство, – сказал Мартин. «Это влияет на здоровье миллиарда человек».

Тем не менее, вывод из этого исследования в целом может быть обнадеживающим: кажется, что он показывает один возможный путь вперед.

«Данные, которые показывает анализ Мелани, – это реальный успех в области контроля качества воздуха», – сказал Мартин. «Это показывает, что они могут быть чрезвычайно эффективными в снижении PM2,5». Хотя ученые знали, что эти меры контроля могут оказать влияние, он сказал: «Изменения в Китае очень драматичны, они больше, чем мы видели где-либо в мире за все время наблюдений.

«Это иллюстрирует реальную возможность улучшить качество воздуха за счет эффективного контроля».

Ссылка: «Глобальные оценки и долгосрочные тенденции концентраций мелких твердых частиц (1998–2018 гг.)» Мелани С. Хаммер, Аарон ван Донкелаар, Чи Ли, Алексей Ляпустин, Эндрю М. Сэйер, Н. Кристина Хсу, Роберт С. Леви, Майкл Дж. Гарай, Ольга В. Калашникова, Ральф А. Кан, Майкл Брауэр, Джошуа С. Апте, Давен К. Хензе, Ли Чжан, Цян Чжан, Бонн Форд, Джеффри Р. Пирс и Рэндалл В. Мартин, 3 Июнь 2020, Экологические науки и технологии.
DOI: 10.1021 / acs.est.0c01764

Работа поддержана Советом по естественным наукам и инженерным исследованиям (NSERC), Институтом энергетической политики Чикагский университет, и Институт воздействия на здоровье. Частично он был поддержан Killam Trusts. Входные файлы GEOS-Chem были получены из портала данных GEOS-Chem, предоставленного Compute Canada.