China's ernstige luchtvervuilingsproblemen in de winter kunnen worden verergerd door veranderingen in de atmosferische circulatie als gevolg van het verlies van zee-ijs in het Noordpoolgebied en de toegenomen sneeuwval in Eurazië - beide veroorzaakt door de wereldwijde klimaatverandering.

Modellering en data-analyse uitgevoerd door onderzoekers van het Georgia Institute of Technology suggereren dat veranderingen in zee-ijs en sneeuwval de Chinese wintermoesson hebben verschoven, helpen bij het creëren van stagnerende atmosferische omstandigheden die de vervuiling van de belangrijkste bevolkings- en industriële centra van het land opvangen. Die veranderingen in regionale atmosferische omstandigheden zijn frustrerende pogingen om vervuiling aan te pakken door middel van emissiecontroles.

"De emissies in China zijn de afgelopen vier jaar afgenomen, maar de strenge winternevel wordt niet beter, " zei Yuhang Wang, een professor in Georgia Tech's School of Earth and Atmospheric Sciences. "Grotendeels, dat komt door een zeer snelle verandering in de hoge poolgebieden waar het zee-ijs afneemt en de sneeuwval toeneemt. Deze verstoring zorgt ervoor dat koude lucht niet in de oostelijke delen van China komt, waar het de luchtvervuiling zou wegspoelen."

Wordt op 15 maart gerapporteerd in het journaal wetenschappelijke vooruitgang , het onderzoek werd gesponsord door de National Science Foundation en Environmental Protection Agency. De paper geeft een duidelijk voorbeeld van hoe grootschalige verstoringen veroorzaakt door wereldwijde klimaatverandering aanzienlijke regionale gevolgen kunnen hebben, en wordt verondersteld de eerste te zijn die de niveaus van zee-ijs en sneeuwval koppelt aan regionale luchtvervuiling.

Haze-problemen in de Oost-Chinese vlakten - waaronder de hoofdstad Peking - kregen voor het eerst wereldwijde aandacht in de winter van 2013 toen een instrument op de Amerikaanse ambassade extreem hoge niveaus van PM 2.5-deeltjes registreerde. De waas zette de Chinese regering ertoe aan om strikte doelstellingen op te stellen voor het verminderen van de uitstoot van de industrie en andere bronnen.

Hoewel deze emissiecontroles lijken te werken, de waas in december en januari gaat door. Dus Wang en collega's Yufei Zou, Yuzhong Zhang en Ja-Ho Koo vroegen zich af of er misschien andere factoren een rol spelen.

Luchtkwaliteitsmetingen op lange termijn zijn niet beschikbaar in China, dus moesten de onderzoekers schattingen samenstellen op basis van zichtbaarheidsmaatregelen en satellietgegevens. Om de historische gegevens te analyseren, ze creëerden een nieuwe Pollution Potential Index (PPI) die anomalieën in de luchttemperatuurgradiënt en oppervlaktewindsnelheden gebruikte als een maatstaf voor ventilatieomstandigheden boven Oost-China.

"Zodra we de PPI hebben gegenereerd en gecombineerd met de zichtbaarheidsgegevens, het was duidelijk dat januari 2013 veel verder ging dan alles wat ooit was gezien voordat het minstens drie decennia terugging, " zei Wang. "Maar in die maand waren de emissies niet veranderd, dus we wisten dat er een andere factor moest zijn."

De Oost-Chinese vlaktes bestaan ​​uit onderling verbonden bassins, omringd door bergketens in het westen en de oceaan in het oosten, een spiegelbeeld van het vervuilde Zuid-Californië. Vervuiling veroorzaakt door industrie en voertuigen kan alleen effectief worden verwijderd door horizontale verspreiding of door verticale vermenging in de winter, en wanneer die processen er niet in slagen om stilstaande lucht te verwijderen, vervuiling bouwt zich op. Het leek waarschijnlijk dat iets de ventilatie verhinderde die de lucht schoner zou hebben gehouden.

De onderzoekers keken vervolgens naar klimaatkenmerken zoals zee-ijs, sneeuwval, El Niños, en Pacific Oscillations. Ze voerden hoofdcomponent- en maximale covariantieanalyses uit en vonden correlaties van stilstaande luchtcondities boven China met Arctisch zee-ijs - dat in de herfst van 2012 een recordlaagte bereikte - en sneeuwval in de hogere breedtegraden van Siberië, die eerder in de winter een recordhoogte had bereikt. Vervolgens gebruikten ze atmosferische modelsimulaties om te bestuderen hoe die factoren grootschalige atmosferische circulatiepatronen en vervuilingsventilatie boven Oost-China veranderen.

"De vermindering van het zee-ijs en de toename van de sneeuwval hebben tot gevolg dat de klimatologische drukrugstructuur boven China wordt gedempt, Wang zei. "Dat maakt de temperatuur- en drukgradiënten vlakker en verplaatst de Oost-Aziatische wintermoesson naar het oosten, afnemende windsnelheden en het creëren van een atmosferische circulatie die de lucht in China meer stagneert."

De resultaten van het model kwamen overeen met waarnemingen dat Korea en Japan die winter ongewoon koud waren geweest, terwijl het oosten van China ongewoon warm was geweest - beide suggereerden dat het koude centrum was verplaatst.

De winter van 2017 zag dezelfde factoren, met lage niveaus van Arctisch zee-ijs in september 2016, hoge sneeuwval - en ernstige nevel. Wang zegt dat die factoren waarschijnlijk zullen aanhouden, aangezien de wereldwijde klimaatverandering de normale structuur van de atmosfeer verstoort.

"Ondanks de inspanningen om de uitstoot te verminderen, we denken dat die nevel zich in de toekomst waarschijnlijk zal voortzetten, " zei hij. "Dit is nu gedeeltelijk klimaatgestuurd, dus in de winter zal het waarschijnlijk niet veel beter worden. Emissies zijn niet langer de enige oorzaak van deze omstandigheden."

Wang hoopt het onderzoek voort te zetten met behulp van nieuwe gegevens van het Chinese luchtkwaliteitsmeetnet. De impact van de wereldwijde klimaatverandering, hij zei, kan uniek zijn voor China vanwege zijn geografie en gevoeligheid voor veranderingen in de atmosferische circulatiestructuur. Hoewel het probleem zich nu manifesteert in luchtvervuiling, hij zei dat de resultaten van de studie de natie zouden moeten aanmoedigen om door te gaan met het aanpakken van klimaatverandering.

"De zeer snelle verandering in de opwarming van de polen heeft echt een grote impact op China, ", zei hij. "Dat geeft China een stimulans om niet alleen door te gaan met het terugdringen van de uitstoot van luchtverontreinigende stoffen, en ook om te kijken naar de mogelijkheden om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. Ons onderzoek toont aan dat het verminderen van broeikasgassen zou helpen bij het probleem van de winternevel."