Ozonbelastung in den kontinentalen Vereinigten Staaten wird sehr viel schwieriger geworden, im Zaum zu halten , wenn die Temperaturen steigen , nach neuen Forschungsergebnissen.
Die Studie zeigt , dass die Amerikaner stehen vor der Gefahr eines 70-prozentigen Anstieg der ungesunden Sommerozonwertenim Jahr 2050 .
Die Ergebnisse werden online in einem Papier im Journal of Geophysical Research - Bereichen , von der American Geophysical Union veröffentlicht .
Die Arbeit wurde von der National Science Foundation (NSF) und dem US-Energieministerium finanziert.
Wärmere Temperaturen und andere Änderungen in der Atmosphäre an den Klimawandel , einschließlich der höheren atmosphärischen Emissionen an Methan verwandte , Stirn chemischen Reaktionen, die Gesamtozonwertezu erhöhen.
Im Gegensatz zu Ozon in der Stratosphäre , das Leben auf der Erde durch die Blockierung UV-Strahlung von der Sonne profitiert , kann bodennahes Ozon eine Reihe von gesundheitlichen Problemen auslösen .
Diese reichen von Husten und Halsreizungen bis hin zu ernsthaften Verschlimmerung von Asthma, Bronchitis und Lungenaufblähung .
Selbst kurze Zeiten von ungesunde Ozonwerte können zu lokalen Sterberaten steigen. Ozonbelastung schädigt auch Getreide und anderen Pflanzen.
Es sei denn, die Emissionen bestimmter Schadstoffe mit der Bildung von Ozon verbunden sind scharf geschnitten , die meisten von den kontinentalen Vereinigten Staaten werden mehr Sommertage mit ungesunden Luft bis zum Jahr 2050 zu erleben , zeigt die Forschung.
Stark verschmutzten Standorten in Teilen des Ostens , Mittleren Westen und Westküste, in denen Ozon bereits häufig empfohlenen Werte überschreitet , könnte ungesund Sommerluft in den meisten Jahren konfrontiert .
" Es spielt keine Rolle , wo Sie in den Vereinigten Staaten sind , hat der Klimawandel das Potenzial Ihrer Luft schlimmer zu machen ", sagte National Center for Atmospheric Research ( NCAR ) Wissenschaftler Gabriele Pfister, leitender Wissenschaftler der Studie.
Neben NCAR , sind die Papier Co-Autoren aus der Pacific Northwest National Laboratory ; University of Colorado , Boulder , und Nord- West-Universität in Südafrika.
" Eine Erwärmung Planeten bedeutet nicht nur steigende Temperaturen , es bedeutet auch mehr riskieren Sommer Umweltverschmutzung und die Auswirkungen auf die Gesundheit , die dazu gehören ", so Pfister .
Doch die Forschung hat auch gezeigt , dass eine starke Verringerung der Schadstoffemissionen führen würde drastisch verringerte Ozonwerte , auch wenn die Temperaturen warm.
Die Forschung ist einer der ersten seiner Art, mit neuen , hochmodernen Geowissenschaften Supercomputing -Funktionen durchgeführt werden.
"Das Verständnis zukünftiger Veränderungen der Oberfläche Ozon im Sommer hat enorme Auswirkungen auf die Luftqualität und die menschliche Gesundheit ", sagte Anjuli Bamzai , Programmdirektor in der NSF Abteilung für Atmosphären- und Geospace Wissenschaften, die die Forschung durch NSF Dekadische und Regional Climate Prediction mit Erde finanziert Anlagenmodelle ( EASM ) Programm .
" Durch eine Reihe von " was wäre wenn " Simulationen ", sagte Bamzai " Atmosphärenchemiker , Klima -Modellierer , regionale Modellbauer und Entwickler von Emissionsszenarien zeigen, dass ein Gleichgewicht von Emissionskontrollen können die Erhöhungen der Zukunft Temperaturen , Emissionen und die Sonnenstrahlung , die in entgegen wiederum zu der Oberflächen Ozon ab. "
Ozon und Hitze
Ozonbelastung wird nicht direkt emittiert. Es bildet sich als Ergebnis der chemischen Reaktionen, die in Gegenwart von Sonnenlicht zwischen Stickoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen statt.
Diese Gase stammen aus menschlichen Aktivitäten wie die Verbrennung von Kohle und Öl sowie natürlichen Quellen wie Emissionen aus Anlagen .
Um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Ozonbelastung zu untersuchen, Pfister und Kollegen untersuchten zwei Szenarien .
In einem würden die Emissionen von Stickoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen aus menschlichen Aktivitäten auf dem derzeitigen Niveau bis 2050 fortsetzen.
In der anderen würden die Emissionen um 60-70 Prozent reduziert werden. Beide Szenarien angenommen fortTreibhausgaseMissionenmit erheblichen Erwärmung.
Die Forscher fanden heraus , dass , wenn die Emissionen in der heutigen Preise weiter , die Zahl der Acht-Stunden- Perioden, in denen Ozon würde 75 Teilen pro Milliarde (ppb ) überschreiten würde um 70 Prozent im Durchschnitt in den USA bis zum Jahr 2050 springen.
Die 75 ppb über acht Stunden ist die Schwelle , die von der US Environmental Protection Agency als ungesund ist . ( Die Agentur erwägt Anziehen der Norm auf einen Wert zwischen 65 und 70 ppb über acht Stunden . )
Insgesamt ist die Studie ergab, dass 90 Prozent der Zeit , die Ozonwerte würden 30 bis 87 ppb im Jahr 2050 liegen , verglichen mit schätzungsweise 31 bis 79 ppb zurzeit.
Obwohl der Bereich sich nur wenig verschiebt , ist das Ergebnis eine viel größere Anzahl von Tagen über der Schwelle als ungesund .
Es gibt drei Hauptgründe für den Anstieg der Ozon mit dem Klimawandel :
Im zweiten Szenario , Pfister und seine Kollegen festgestellt, dass scharfe Reduzierung der Stickoxide und flüchtige organische Verbindungen könnte die Ozonbelastung zu reduzieren , selbst wenn die Klimaerwärmung .
In der Tat, 90 Prozent der Zeit , die Ozonwerte würden 27-55 ppb liegen.
Die Zahl der Fälle, in denen die Ozonbelastung der 75 ppb überschreiten würde auf weniger als 1 Prozent der aktuellen Fälle .
"Unsere Arbeit bestätigt, dass die Verringerung der Emissionen von Ozonvorläuferstoffen wäre eine enorme Wirkung auf die Luft, die wir atmen ", sagte Pfister .
Pfister und eine bundesweite wissenschaftliche Team erwarten, um mehr über die Quellen , Chemie und Bewegung von Luftschadstoffen zu lernen in diesem Sommer , wenn sie einen großen Feldversuch als Frappé entlang Colorado Front Range bekannt zu starten.
Die Rolle der Supercomputing-
Die Studie war einer der ersten auf der neuen 1,5 Petaflops Yellowstone Supercomputer durchgeführt. Das IBM -System , von NCAR betrieben und durch Mittel aus NSF und der University of Wyoming unterstützt wird, ist eines der weltweit leistungsfähigsten Computern gewidmet , die in den atmosphärischen und verwandten Wissenschaften zu erforschen.
" Hochauflösende Modelle können viel Zeit und Ressourcen auf massiven Computer verbrauchen , aber wie in dieser Studie gezeigt , sind sie oft für die genaue regionale Ozon- Projektionen erforderlich ", sagte Irene Qualters , Bereichsleiter für Advanced Computing Infrastruktur zu NSF .
" Die Ausführung dieser Modelle wäre nicht möglich gewesen ohne die parallele Rechenleistung des Yellowstone -Supercomputer , ein wichtiger Bestandteil der NSF Cyber-Infrastruktur möglich .
"Die Arbeit wird auch helfen, andere Forscher in verwandten Themen Klima bestimmen Szenarien, in denen grobe Auflösung ist ausreichend, und umgekehrt, bei denen eine hohe Auflösung erforderlich ist. "
Dank der Rechenleistung, konnten die Wissenschaftler das Ausmaß der Verschmutzung Stunde um Stunde für 39 hypothetischen Sommer simulieren.
Dies ermöglichte es dem Team, für die von Jahr zu Jahr Schwankungen der meteorologischen Bedingungen , wie heiß und trocken vs. kühl und feucht entfallen , wodurch eine genauere und statistisch signifikante Bild der Zukunft Schadstoffbelastung bekommen .
Um das Zusammenspiel von Weltklima mit regionalen Verschmutzung zu simulieren , wandten sich die Wissenschaftler auf zwei der führenden Atmosphärenmodellen der Welt , sowohl auf NCAR basiert und entwickelt durch die Zusammenarbeit in der atmosphärischen Wissenschaften Gemeinschaft.
Sie nutzten die Gemeinschaft Erdsystemmodells , in erster Linie durch das US Department of Energy und NSF finanziert , um das globale Klima und Atmosphärenchemie Bedingungen zu simulieren.
Sie verwendeten auch eine LuftchemieVersion des multiagency Weather Research and Forecasting Model um ein genaueres Bild der regionalen Ozonwerte zu erhalten.
Auch bei Yellowstone fortschrittliche Rechengeschwindigkeit , dauerte es Monate, um die komplexe Simulationen durchzuführen.
"Diese Forschung wäre nicht möglich gewesen , auch nur ein paar Jahren möglich gewesen ", so Pfister .
"Ohne die neuen Rechenleistung ermöglicht durch Yellowstone möglich , können Sie die notwendigen Details zukünftiger Veränderungen der Luftchemie über kleine Gebiete , darunter den städtischen Zentren , wo die meisten Amerikaner leben darzustellen. "