Science Advances:空气质量的基本假设需要重新定义

【字体: 时间:2023年01月20日 来源:Science Advances

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  在奥地利因斯布鲁克市区进行的长期测量表明,在大气模型中,接近地表的臭氧比例往往被高估了。因此,城市地区空气质量预测的基本假设必须重新解释。由因斯布鲁克大学的大气科学家托马斯·卡尔领导的一个国际小组的测量也表明,直接的二氧化氮排放量被高估了。

  
   

Thomas Karl    

图片:托马斯·卡尔在奥地利因斯布鲁克上空的因斯布鲁克大气天文台。    

资料来源:因斯布鲁克大学

位于欧洲奥地利因斯布鲁克市中心附近的因斯布鲁克大气观测站(Innsbruck Atmospheric Observatory)的40米高的监测塔持续提供地表附近大气成分的数据。每小时记录36000个数据点。使用一种特殊的测量方法-所谓的涡动相关法-可以连续监测空气成分的浓度。由因斯布鲁克大学大气与冰冻圈科学系的托马斯·卡尔领导的一个国际团队现在已经利用这些数据详细研究了城市地区臭氧、一氧化二氮和二氧化氮的化学成分。欧洲城市柴油车的高比例导致了高浓度的一氧化氮。它与臭氧反应产生二氧化氮。在大气中,二氧化氮再次分解为一氧化氮和原子氧,后者立即与大气中的氧气结合形成臭氧。

常见的假设 需要改进  

60多年前,菲利普·雷顿(Philip Leighton)在第一本空气污染教科书中用数学方法描述了这种化学循环。这两个过程之间的关系自此被称为雷顿比。大气化学的计算机模型使用雷顿比,通过从其他两种物质的浓度中推导出臭氧、一氧化氮和二氧化氮的浓度来最小化复杂性。在实践中,这已经被用于,例如,在被氮氧化物污染的地区得出臭氧浓度。因斯布鲁克大气研究人员的数据现在表明,在存在高一氧化碳排放的情况下,莱顿所做的计算简化导致了不正确的结果。托马斯·卡尔指出:“在一氧化氮排放量高的城市,这一比例可能被高估了50%,这可能导致模型计算高估了城市地区地面臭氧浓度。”化学-湍流相互作用的影响在离地面200米以上的最低层大气中起着重要作用。

在因斯布鲁克研究的影响是城市地区存在高一氧化碳排放的强湍流的结合。气体的混合与相对快速的化学过程相结合,导致更多的臭氧转化为二氧化氮。研究人员的数据还表明,与二次形成相比,城市交通直接排放的二氧化氮基本上可以忽略不计。托马斯·卡尔强调说:“重要的是要注意,环境法规并不依赖于模型计算,而是取决于实际测量的污染物浓度。”

研究结果已发表在《科学进展》杂志上。这项研究是与国家大气研究中心(美国)、凯斯西储大学(美国)、瓦赫宁根大学(NL)和Luftblick (AT)联合进行的,并得到了奥地利科学基金FWF和欧洲航天局ESA等机构的资助。

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