Lockdowns vorig jaar als reactie op COVID-19 resulteerden in drastische reducties in de uitstoot, vooral van uitlaatpijpen van voertuigen, en toch zagen sommige stedelijke gebieden een paradoxale piek in de luchtvervuiling door ozon. Een nieuwe studie onder leiding van het National Center for Atmospheric Research (NCAR) gebruikte een geavanceerd computermodel om het gecompliceerde web van atmosferische chemie en meteorologie te ontrafelen om de oorzaken van slechte luchtkwaliteit te bepalen.

Het onderzoek, gepubliceerd in de Journal of Geophysical Research:Atmosferen , constateert dat voor sommige regio's van de wereld, inclusief Noord-China, de toename van de ozonvervuiling was direct gekoppeld aan de afname van de emissies, terwijl in andere regio's, inclusief Europa, ongebruikelijke weersomstandigheden speelden een grotere rol.

Het onderzoek belicht de complexe interacties die de luchtkwaliteit bepalen en biedt enig inzicht in wat er zou kunnen gebeuren als er strengere luchtkwaliteitsvoorschriften zouden worden ingevoerd in enkele van 's werelds meest vervuilde steden.

"De COVID-19-pandemie heeft ons een onverwacht wereldwijd luchtkwaliteitsexperiment opgeleverd, " zei NCAR-wetenschapper Benjamin Gaubert, die de studie leidde. "Met ons aardesysteemmodel, we konden onderzoeken hoe de atmosfeer reageerde op een verandering in de soorten chemicaliën die in de lucht worden uitgestoten - met name veranderingen in secundaire verontreinigende stoffen, zoals ozon, die in de atmosfeer worden gevormd en niet rechtstreeks worden uitgestoten door menselijke activiteiten."

Het onderzoek werd gefinancierd door de National Science Foundation, die de sponsor van NCAR is, de Europese Commissie, het Europees Ruimteagentschap, en de Hong Kong Research Grants Council.

In sommige steden nam de luchtvervuiling toe

Begin 2020, steden over de hele wereld begonnen af ​​te sluiten, eerst in China en daarna in Europa en elders, terwijl besluitvormers worstelden om de verspreiding van COVID-19 tegen te gaan. Een neveneffect van de sluiting van scholen, ondernemingen, en andere verzamelplaatsen was een sterke daling van de uitstoot, zoals stikstofoxiden en vluchtige organische stoffen, als mensen bezuinigen op autorijden en andere soorten reizen.

In veel delen van de wereld, deze afname droeg bij aan een helderdere lucht, en de vaak smoggy skylines van sommige grote steden, waaronder Los Angeles en Delhi, knapperig geworden. Echter, wetenschappers merkten ook op dat in sommige specifieke gebieden, luchtvervuiling zelfs verergerd. Bijvoorbeeld, in sommige Noord-Chinese steden, inclusief Peking, ozonvervuiling aanzienlijk toegenomen, in sommige gevallen een verdubbeling.

"In het begin waren we verrast, maar echt, het had niet onverwacht mogen zijn, " zei Guy Brasseur, een NCAR vooraanstaande geleerde en studie co-auteur. "Het bevestigde eigenlijk wat we weten over de complexiteit van het chemische systeem."

De luchtkwaliteit wordt niet alleen bepaald door de verontreinigende stoffen die rechtstreeks in de lucht worden uitgestoten, maar ook door de chemie die die verontreinigende stoffen transformeert zodra ze de atmosfeer binnenkomen. De luchtkwaliteit varieert ook met de tijd van het jaar en met de weersomstandigheden, wat het moeilijk maakt om veranderingen aan de luchtkwaliteit tijdens de lockdowns – ten goede of ten kwade – volledig toe te schrijven aan de lockdowns zelf.

Atmosferische chemie loskoppelen van het weer

Om de oorzaken van veranderingen in de luchtkwaliteit te bepalen die tijdens de pandemie zijn waargenomen, het onderzoeksteam gebruikte de nieuwste versie van het NCAR-gebaseerde Community Earth System Model (CESM2.2). Ze simuleerden eerst hoe de luchtkwaliteit er in 2020 uit zou hebben gezien als de emissies in lijn waren geweest met voorgaande jaren en herhaalden vervolgens het experiment met de daadwerkelijke emissiedalingen als gevolg van COVID-19. Door de twee te vergelijken, ze kunnen de effecten van het weer en de atmosferische chemie op vervuiling blootleggen, met name ozon op leefniveau.

Ozon wordt in de atmosfeer gevormd wanneer stikstofoxiden (grotendeels uitgestoten door de verbranding van fossiele brandstoffen in voertuigen en energiecentrales) en vluchtige organische stoffen (uitgestoten door verschillende bronnen, inclusief verf, oplosmiddelen, pesticiden, en bouwmaterialen, evenals van voertuigen) reageren in aanwezigheid van zonlicht en warmte. Terwijl stikstofoxiden een noodzakelijk ingrediënt zijn voor het maken van ozon, ze kunnen ook ozon vernietigen wanneer hun concentratie te hoog is.

Tijdens de pandemische lockdowns, dit betekende dat de vermindering van de uitstoot in sommige steden die doorgaans zeer hoge concentraties stikstofoxiden hebben - waaronder Peking en andere steden in het noorden van China - de vernietiging van ozon die plaatsvond door extra stikstofoxiden feitelijk beperkten, waardoor de lokale ozonvervuiling uiteindelijk kan toenemen.

In steden die over het algemeen minder vervuild zijn, inclusief stedelijke gebieden in de Verenigde Staten, blijkt uit de nieuwe studie dat de vermindering van de uitstoot de atmosfeer beroofde van een essentieel onderdeel voor de productie van ozon, en daardoor de niveaus van lokale ozonvervuiling verlaagd.

Tijdens de lockdowns was er ook een toename van de ozonvervuiling in Noord-Europa, maar het onderzoeksteam ontdekte dat de dominante reden het weer was. In maart en april, Noord-Europa was zonniger dan gemiddeld en Zuid-Europa was bewolkter. Door het extra zonlicht in het noorden kon ozon gemakkelijker worden gevormd, veroorzaakt een piek in de vervuiling ondanks de vermindering van de uitstoot.

"Het is ongelooflijk belangrijk om modellen te gebruiken die zowel de meteorologische omstandigheden als de atmosferische chemie simuleren om goed te begrijpen wat we zien in de waarnemingen, ' zei Brasseur.

Het onderzoek biedt ook inzicht in welk beleid het meest effectief kan zijn om luchtverontreiniging tegen te gaan. Bijvoorbeeld, in steden met extreem hoge stikstofoxiden, het kan effectiever zijn om vluchtige organische stoffen te beperken in plaats van stikstofoxiden als het doel is om de ozonvervuiling te verminderen.

"Deze studie biedt inzicht in welke stappen kunnen worden genomen om de uitstoot te verminderen en de luchtkwaliteit te verbeteren, " zei Brasseur. "We hebben geleerd dat een one-size-fits-all-aanpak niet effectief kan zijn. De maatregelen die eventueel genomen moeten worden, verschillen per seizoen en per locatie."