西北大學(xué)的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，如果你住在貫穿芝加哥或直接毗鄰密歇根湖的主要州際高速公路上，你經(jīng)常比城市其他地方暴露在更多的空氣污染中。

在這項(xiàng)新研究中，西北地球科學(xué)家為密歇根湖南部地區(qū)開發(fā)了高分辨率的空氣污染模擬。新的模擬是第一個(gè)通過將高分辨率排放數(shù)據(jù)與天氣和化學(xué)品運(yùn)輸模型相結(jié)合來創(chuàng)建芝加哥空氣質(zhì)量的鄰里尺度估計(jì)，以顯示空氣和化學(xué)物質(zhì)如何在整個(gè)城市和周邊地區(qū)相互作用和移動 - 跨越時(shí)間和空間。這種方法不僅顯示了不同污染物的形成位置，還顯示了污染物如何傳播，與空氣中的其他氣體和陽光相互作用，并根據(jù)季節(jié)變化。

該研究的最終版本發(fā)表在《地球物理研究雜志：大氣》上。

利用新的模擬，研究人員發(fā)現(xiàn)空氣污染的負(fù)擔(dān)在芝加哥社區(qū)中的分布并不均勻。研究人員使用他們的模型來跟蹤三種主要的危害健康的污染物：二氧化氮，細(xì)顆粒物(煙塵，灰塵和煙霧)和臭氧。他們發(fā)現(xiàn)，I-290，I-90和I-94沿線的二氧化氮和顆粒物濃度是芝加哥污染最低的社區(qū)的兩倍。直接毗鄰密歇根湖的社區(qū)經(jīng)歷了更多的地面臭氧污染。

通過對整個(gè)地區(qū)的空氣污染進(jìn)行詳細(xì)的逐個(gè)社區(qū)估計(jì)，研究人員旨在幫助決策者找到解決方案，例如公共交通電氣化或建造更多的綠色空間 - 為最需要它們的特定區(qū)域。

“準(zhǔn)確描述空氣質(zhì)量非常重要，因?yàn)樗鼤绊懭藗兊纳硇慕】担?rdquo;西北大學(xué)的丹尼爾霍頓說，該研究的資深作者。“空氣質(zhì)量差對一個(gè)人的生活質(zhì)量有深遠(yuǎn)的影響，最終可能導(dǎo)致人們比他們應(yīng)該早死。因此，了解空氣質(zhì)量差的地方至關(guān)重要，特別是因?yàn)槿鮿莺瓦吘壔鐓^(qū)歷來不公正地承擔(dān)了空氣質(zhì)量差的負(fù)擔(dān)。

“當(dāng)我們研究污染及其影響時(shí)，僅僅關(guān)注排放來自哪里是不夠的，”該研究的主要作者Anastasia Montgomery補(bǔ)充道。“我們需要考慮該地區(qū)的化學(xué)，氣候和天氣條件。我們可以利用這種模擬來更好地了解整個(gè)城市污染的異質(zhì)性，這最終可能導(dǎo)致更明智和公正的政策決策。

霍頓是西北大學(xué)溫伯格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的地球和行星科學(xué)助理教授，他領(lǐng)導(dǎo)氣候變化研究小組。蒙哥馬利是霍頓研究小組的博士候選人。

表征空氣質(zhì)量，特別是在社區(qū)尺度上，具有挑戰(zhàn)性。美國環(huán)境保護(hù)署 (EPA) 使用測量各種污染物的傳感器網(wǎng)絡(luò)持續(xù)監(jiān)測美國各地的空氣質(zhì)量。大氣中的衛(wèi)星每天拍攝一次或兩次空氣質(zhì)量快照。低成本傳感器網(wǎng)絡(luò)在部署位置進(jìn)行非監(jiān)管估計(jì)。雖然所有這些方法都收集了重要信息，但它們在數(shù)據(jù)中留下了關(guān)鍵的空白。

“平均而言，在美國，每1平方公里只有一個(gè)EPA監(jiān)測器，所以這是一個(gè)相當(dāng)稀疏的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，”蒙哥馬利說。“一個(gè)城市的空氣污染將大不相同，這取決于你是站在公園里還是工廠旁邊。

“衛(wèi)星通過整個(gè)大氣層向下觀察，因此它們只能近似于鼻子水平發(fā)生的事情。我們希望填補(bǔ)這些空白，使我們能夠更好地了解誰暴露在空氣質(zhì)量差的環(huán)境中，以及暴露是否均勻分布在整個(gè)城市。

為了填補(bǔ)這些空白，Horton，Montgomery和他們的團(tuán)隊(duì)使用了一種新的排放數(shù)據(jù)集和一個(gè)基于物理和化學(xué)的耦合模型?；谖锢淼哪Ｐ褪寡芯咳藛T能夠模擬污染物如何跨越空間和時(shí)間從其源頭移動?；诨瘜W(xué)的模型使研究人員能夠跟蹤二次污染物，例如臭氧，當(dāng)?shù)趸?NO)形成時(shí)x)和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)排放暴露在陽光下。

生成的模型可以模擬每小時(shí)發(fā)生的空氣污染，因?yàn)樗l(fā)生在1.3公里大小的空間塊上。利用1.3公里尺度的模擬，研究人員解決了個(gè)別城市社區(qū)內(nèi)的高污染區(qū)域，并描述了小區(qū)域臭氧的季節(jié)性變化。

在他們的發(fā)現(xiàn)中，霍頓和蒙哥馬利指出，密歇根湖(包括沿湖社區(qū))和農(nóng)村社區(qū)的臭氧最高。內(nèi)燃機(jī)汽車不排放x，氣流將污染物趕出城市。不x然后暴露在陽光下并與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生臭氧。在溫暖的月份，當(dāng)陽光更容易獲得時(shí)，臭氧水平特別高;冬季的濃度減半。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，沒有x高速公路沿線的顆粒物水平最差——無論季節(jié)或天氣如何。即使城市其他地區(qū)經(jīng)歷了高污染日，高速公路沿線的污染仍然始終高于其他地區(qū)。

接下來，研究人員計(jì)劃探索潛在的解決方案，例如更廣泛地采用電動汽車，如何影響城市的空氣污染。

“我們不僅可以以非常精細(xì)的分辨率表征空氣污染，還可以探索問題的解決方案，”霍頓說。“使用數(shù)值模型的美妙之處在于，我們可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，看看哪些解決方案可以改善空氣質(zhì)量，通過這個(gè)模型，我們可以探索針對受影響最大的人的解決方案。