De ruimtelijke variatie in verschillende luchtverontreinigingscomponenten helpt bij het identificeren van mogelijke doelen voor de bestrijding van verontreiniging.

Het modelleren van de ruimtelijke relaties tussen de belangrijkste soorten luchtverontreinigende stoffen heeft KAUST-onderzoekers nieuwe inzichten gegeven in hoe ze zich vormen in verschillende regio's en seizoenen, die als leidraad kunnen dienen voor het beleid om vervuiling te beheersen.

Elk jaar, luchtvervuiling veroorzaakt beroertes, long- en hartaandoeningen, en longkanker, die verantwoordelijk zijn voor miljoenen doden over de hele wereld. Hoewel luchtvervuiling in vele vormen voorkomt, de belangrijkste factor zijn deeltjes kleiner dan 2,5 micrometer, of 1/400 van een millimeter, die typisch stof en roet bevat, evenals aanzienlijke hoeveelheden chemicaliën, zoals sulfaten en ammonium.

Een van de belangrijkste veroorzakers van fijnstof van 2,5 micrometer (PM2,5) is een chemische reactie die gasvormige zwavel en stikstof – grotendeels afkomstig van uitlaatgassen van voertuigen en fabrieksuitstoot – omzet in groter en giftiger sulfaat, nitraat- en ammoniummoleculen. Omdat meer dan de helft van PM2,5 uit deze "secundaire" chemicaliën kan bestaan, het verminderen van de uitstoot van zwavel en stikstof wordt gezien als een manier om de luchtvervuiling naar beneden te brengen.

Het kan een uitdaging zijn om precies te bepalen waar de schadelijke emissies plaatsvinden, vooral in industrialiserende regio's. KAUST-statistici Ying Sun en Wu Wang pasten een geavanceerde statistische benadering toe om de locaties te vinden waar de veroorzakers van luchtvervuiling het sterkst zijn en hebben het gebruikt om het emissiepatroon in China te analyseren.

"Chemische acties van stikstofdioxide en zwaveldioxide met ozon en ammoniak dragen een aanzienlijk deel van de totale PM2,5 in China bij, ", zegt Wang. "De ruimtelijk variërende relatie tussen deze primaire en secundaire componenten wordt meestal gemodelleerd door een relatieparameter voor elke locatie te schatten. Echter, dit is rekenintensief en levert ruwe en vooringenomen schattingen op die onnauwkeuriger worden aan de randen van de kaart. Onze methode gebruikt een kleiner aantal ankerlocaties en polynoomfuncties om de ruimtelijk variërende parameters te benaderen, wat de rekentijd aanzienlijk verkort."

Eerdere methoden schatten de ruimtelijk variërende parameters voor elke locatie afzonderlijk en produceren vaak wild variërende verdelingen, en daarom, bood beperkt inzicht in de regionale atmosferische drijfveren van het ontstaan ​​van vervuiling. Wang en Sun hebben in plaats daarvan soepel variërende functies afgeleid op elke ankerlocatie met behulp van de relatieve bijdrage van alle gegevenspunten in de regio met behulp van een "straf" voor het vergroten van de afstand.

"Onze aanpak vond warmere gebieden in centraal China, waar stikstof in de zomer een grotere bijdrage levert aan de totale hoeveelheid PM2,5. ", zegt Wang. "Het beheersen van stikstof in dergelijke gebieden is daarom een ​​haalbare strategie om de totale hoeveelheid PM2,5 te verminderen. Deze benadering zou nuttig kunnen zijn voor het ontwikkelen van strategieën voor de bestrijding van verontreiniging en voor het beleid op het gebied van de volksgezondheid."