Ozonvervuiling nabij het aardoppervlak is een van de belangrijkste ingrediënten van zomersmog. Het is ook niet direct meetbaar vanuit de ruimte vanwege de overvloed aan ozon hoger in de atmosfeer, die metingen van oppervlakte-ozon verdoezelt. Nieuw door de NASA gefinancierd onderzoek heeft een manier bedacht om satellietmetingen van de voorlopergassen die bijdragen aan de vorming van ozon te gebruiken om onderscheid te maken tussen drie verschillende sets van omstandigheden die tot de productie ervan leiden. Deze waarnemingen kunnen ook luchtkwaliteitsmanagers helpen bij het beoordelen van de meest effectieve benaderingen van emissiereductieprogramma's die de luchtkwaliteit zullen verbeteren.

In tegenstelling tot zijn aanwezigheid op grote hoogte, waar ozon fungeert als het zonnescherm van de aarde tegen schadelijke ultraviolette straling, op lage hoogte, ozon is een gevaar voor de gezondheid dat bijdraagt ​​aan ademhalingsproblemen zoals astma en bronchitis. Het wordt gevormd door complexe chemische reacties die worden geïnitieerd door zonlicht en waarbij twee soorten gassen betrokken zijn, vluchtige organische stoffen (VOS) en stikstofoxiden (NOx). Beide worden in de studie vertegenwoordigd door een belangrijk gas van elk type, de VOS formaldehyde en NO2, die vanuit de ruimte meetbaar zijn door het Nederlands-Finse Ozon Monitoring Instrument aan boord van NASA's Aura-satelliet, gelanceerd in 2004.

"We gebruiken satellietgegevens om de chemie van ozon vanuit de ruimte te analyseren, " zei hoofdauteur Xiaomeng Jin van het Lamont-Doherty Earth Observatory aan de Columbia University in Palisades, New York. Hun onderzoek is gepubliceerd in Journal of Geophysical Research:Atmosferen , een publicatie van de American Geophysical Union.

Met een combinatie van computermodellen en ruimteobservaties, zij en haar collega's gebruikten de concentraties van ozonprecursormoleculen om af te leiden of de ozonproductie meer toeneemt in aanwezigheid van NOx, VOC's, of een mix van beide, voor een bepaalde locatie. Hun studieregio's waren gericht op Noord-Amerika, Europa en Oost-Azië tijdens de zomermaanden, wanneer overvloedig zonlicht de hoogste ozonvorming veroorzaakt. Om hun impact op de vorming van ozon te begrijpen, Jin en haar team onderzochten of VOC of NOx het ingrediënt was dat de vorming van ozon het meest beperkte. Als de uitstoot van dat molecuul wordt verminderd, dan zal de ozonvorming worden verminderd - essentiële informatie voor managers van luchtkwaliteit.

"We vragen, 'Als ik VOS of NOx kon verminderen, welke gaat mij de meeste waar voor mijn geld opleveren in termen van de hoeveelheid ozon die we kunnen voorkomen dat wordt gevormd in de lagere atmosfeer?'", zei co-auteur en atmosferisch chemicus Arlene Fiore van Lamont-Doherty, die ook lid is van NASA's Health and Air Quality Applied Sciences Team dat dit werk gedeeltelijk financierde en de samenwerking tussen wetenschappers en luchtkwaliteitsmanagers bevordert.

De bevindingen tonen aan dat steden in Noord-Amerika, Europa en Oost-Azië, zijn vaker VOS-beperkt of bevinden zich in een overgangstoestand tussen VOS en NOx-beperkt. In aanvulling, het 12-jarige datarecord van satellietwaarnemingen laat zien dat de omstandigheden op een locatie kunnen veranderen. Bijvoorbeeld, in 2005 werd de ozonproductie in New York City tijdens het warme seizoen beperkt door VOS, maar tegen 2015 was het overgestapt op een NOx-beperkt systeem vanwege de verminderde NOx-emissies als gevolg van controles die op zowel regionaal als nationaal niveau werden ingevoerd. Deze overgang betekent dat toekomstige NOx-reducties waarschijnlijk de ozonproductie verder zullen verminderen, zei Jin.

Vluchtige organische stoffen komen van nature in grote hoeveelheden voor, afgegeven door sommige planten, waaronder bepaalde boomsoorten. Ze kunnen ook ontstaan ​​door verfdampen, schoonmaakproducten, en pesticiden, en zijn een bijproduct van de verbranding van fossiele brandstoffen in fabrieken en auto's. Stikstofoxiden zijn een bijproduct van de verbranding van fossiele brandstoffen en zijn overvloedig aanwezig in steden, geproduceerd door elektriciteitscentrales, fabrieken, en auto's. Omdat VOS in de zomer een grote natuurlijke bron hebben boven het oosten van de Verenigde Staten, bijvoorbeeld, de plannen voor emissiereductie in de afgelopen twee decennia in deze regio waren gericht op NOx, die grotendeels wordt geproduceerd door menselijke activiteiten.

In de ruimte gebaseerde methoden voor het bewaken van de ozonchemie vormen een aanvulling op metingen op het oppervlak die zijn uitgevoerd door instanties voor luchtkwaliteitsbeheer. Het uitzicht vanuit de ruimte biedt een consistente dekking van brede gebieden, en biedt gegevens voor regio's die mogelijk geen grondstations hebben.