Плотность движения, ветер и стратификация воздуха влияют на концентрации загрязнителя воздуха диоксида азота

Спутниковые измерения, показавшие резкое снижение концентраций загрязнителя воздуха диоксида азота (NO₂) во время пандемии COVID-19, привлекли большое внимание. В Германии основным фактором является интенсивность дорожного движения. Однако, как показало исследование Института тропосферных исследований им. Лейбница (TROPOS), погода также влияет на концентрации NO₂. Ученые оценили влияние метеоусловий на концентрации диоксида азота в Саксонии в период с 2015 по 2018 год по заказу Государственного управления по вопросам окружающей среды, сельского хозяйства и геологии Саксонии (LfULG). Было установлено, что скорость ветра и высота самого нижнего слоя атмосферы являются ключевыми факторами, определяющими степень локального накопления загрязняющих веществ.

Для определения влияния различных погодных факторов на качество воздуха команда использовала статистический метод, позволяющий математически исключить метеорологические колебания из долгосрочных измерений. До сих пор было сложно оценить, какая доля изменений в качестве воздуха связана с мерами регулирования (например, зонами низких выбросов), а какая — с влиянием погоды. Примененный метод облегчит такую оценку в будущем.

NO₂ — раздражающий газ, поражающий слизистые дыхательных путей, вызывающий воспалительные реакции и усиливающий воздействие других загрязнителей воздуха. В ЕС для защиты населения установлен предельно допустимый среднегодовой уровень в 40 микрограмм на кубический метр воздуха (мкг/м³). Для оценки эффективности мер по соблюдению лимитов важно точно определить влияние погодных условий. В рамках исследования были проанализированы данные с 29 станций мониторинга в Саксонии за четыре года, представляющих различные условия — от транспортных развязок до городского и сельского фона, а также станций на гребне Рудных гор.

Исследование подтвердило, что интенсивность движения на всех транспортных станциях наиболее значительно определяет концентрации оксидов азота. Однако два погодных параметра также оказывают существенное влияние: скорость ветра и высота так называемого примесного слоя (смешивания). Последний указывает высоту, до которой простирается самый нижний слой воздуха, где перемешиваются выбросы. «Также было показано, что высокая влажность может снижать концентрацию диоксида азота, возможно, из-за более сильного осаждения загрязнителей на влажные поверхности. Однако точные причины пока неясны», — отмечает Доминик ван Пинкстерен.

Статистический анализ также позволил ученым исключить влияние погоды из временных рядов концентраций загрязняющих веществ. Скорректированные на погоду данные показали, что средняя концентрация оксидов азота (NO_x) на всех транспортных станциях Саксонии снизилась на 10 мкг/м³ в период с 2015 по 2018 год. В городских, сельских районах и на гребне Рудных гор концентрации NO_x оставались примерно на том же уровне. Даже с учетом улучшений качества воздуха в последние годы, существуют веские научные аргументы для его дальнейшего снижения.

Это также относится к преждевременным выводам из периода пандемии: чтобы определить реальное влияние ограничений на качество воздуха, необходимо статистически исключить влияние погоды из более длинных рядов измерений. Такие исследования для района Лейпцига уже ведутся в TROPOS, как и общеевропейское исследование в рамках исследовательской инфраструктуры ЕС ACTRIS.