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长期测量研究得出:空气质量模型需要调整

Published on
2023年2月28日

根据对奥地利因斯布鲁克(Inssbruck)市区长期测量结果的分析得出,对空气质量进行科学预测的一个基本假设需要调整。该地区近地空气中的臭氧含量比预测值低50%。奥地利因斯布鲁克大学Thomas Karl教授领导的一个团队研究发现,这与该地区柴油发动机排放的一氧化氮水平高有关。该研究结论可能会对未来空气质量政策产生影响。瓦大的研究人员参与了本次研究。

因斯布鲁克大气观测站高大的监测塔每小时记录36000条数据。Thomas Karl教授领导的研究团队可以通过其持续监测因斯布鲁克城区空气中各组成成分的浓度。瓦大气象与空气质量系教授Jordi Vila作为国际研究团队的一员,负责对臭氧、一氧化氮和二氧化氮的化学数据进行分析,并取得了重要成果。Jordi Vila教授指出,“我们是研究气象学和大气成分间相互作用的专家。”

预测模型需要调整

Vila及其研究小组的分析表明,由于交通车辆的柴油排放等原因,在一氧化碳排放量高的城市地区,臭氧会更快、更多的转化为二氧化氮。这一结论与大多数空气质量模型所使用的基本假设相悖。使用基本假设的模型会将因斯布鲁克等地区的地面臭氧浓度高估50%。团队的研究还表明,城市交通对二氧化氮(通常简称为氮)“直接”排放的贡献较小。尽管交通会导致氮氧化物排放,但直接的氮排放量可以忽略不计。

因此,在像因斯布鲁克这样的城市地区,地表上方的臭氧和氮氧化物之间的化学反应对氮的形成更为重要,而且臭氧水平远低于原来的预想。Vila强调,“研究表明,氮主要是在靠近排放源的地方通过臭氧和氮氧化物的反应形成的。我们需要对这一过程进行研究,才能制定合适的政策来改善空气质量。”在因斯布鲁克,湍急的气流加速气体混合,使大量的一氧化氮与臭氧发生反应。

存在了60年的假设

氮对人类和植物都是有害的污染物。臭氧和柴油发动机排放的一氧化氮之间的反应可以形成氮。在大气中,氮再次分解成一氧化氮和氧,后者立即与其他氧原子结合形成臭氧。在60多年前, Philip Leighton用数学方法描述了这一循环,而空气质量的计算机模型则利用了他的简化比率参数,将复杂性降至最低。因斯布鲁克大气调查的观测数据与预期值不符,表明莱顿比率(Leighton ratio)可能会导致错误的结果。


近年来,二氧化氮浓度有所下降,但其原因尚不清楚。Vila表示,“基于因斯布鲁克这些先进的测量方法进行的研究对于探究生产氮的来源,并改进我们对氮排放量的准确计算和估计至关重要。”这项研究结果已发表在《科学进展》杂志上。


这项研究由美国国家大气研究中心、美国凯斯西储大学、荷兰瓦赫宁根大学及研究中心和奥地利Luftblick合作开展,并得到了奥地利科学基金会(FWF)和欧洲航天局(ESA)等机构的经费资助。