Ô nhiễm không khí là một nguy cơ môi trường toàn cầu lớn đối với sức khỏe và an ninh lương thực của chúng ta, uớc tính gây ra khoảng 3,7 triệu ca tử vong sớm trên toàn thế giới và phá hủy đủ mùa màng để nuôi sống hàng triệu người mỗi năm.
Các quan chức y tế, công chúng và nông dân cần thông báo trước khi mức chất lượng không khí nguy hiểm đang gia tăng. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư tại Trung tâm Nghiên cứu Khí quyển Quốc gia (NCAR), phối hợp với các cơ quan khác, đang nỗ lực phát triển các công nghệ mới giúp trực tiếp giúp các nhà ra quyết định lập kế hoạch cho những ngày ô nhiễm cao.
Công việc này cho phép các nhà khí tượng học và các nhà quy hoạch địa phương:
- Dự báo chất lượng không khí cho các thành phố và khu vực nông thôn trước ngày.
- Dự án tác động của những thay đổi trong tương lai trong các hoạt động của con người và khí hậu đối với chất lượng không khí.
- Định lượng ô nhiễm không khí vận chuyển xuyên biên giới.
- Định lượng vận chuyển khu vực các chất ô nhiễm không khí trong một quốc gia.
- Đánh giá tác động xã hội của ô nhiễm không khí.
- Cải thiện ước tính phát thải.
HỆ THỐNG DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ TIÊN TIẾN
Các dự báo về chất lượng không khí hiện tại còn hạn chế. Chúng cung cấp một dự đoán đơn giá trị đơn giản và không chỉ rõ độ không đảm bảo liên quan đến dự đoán. Họ cũng cho biết một cách đơn giản liệu mức ôzôn sẽ cao hay thấp. Cần có nhiều chi tiết hơn trong dự báo và với sự tài trợ của NASA, NCAR và các đối tác của họ đang phát triển một khả năng mới để đưa ra dự báo chi tiết trong 48 giờ về ôzôn ở mặt đất và các vật chất dạng hạt mịn.
NCAR có hơn hai thập kỷ kinh nghiệm trong việc phát triển các mô hình cộng đồng tiên tiến được sử dụng rộng rãi để dự đoán và nghiên cứu chất lượng không khí.
Khả năng dự báo mới này kết hợp các quan sát vệ tinh và tại chỗ với mô hình hiện đại và sẽ tạo ra các dự báo về chất lượng không khí một cách chi tiết. Chẳng hạn như dự báo thời tiết có thể cảnh báo 80% khả năng có mưa vào buổi chiều, các dự báo chất lượng không khí mới có thể cảnh báo 80% khả năng có mức ôzôn cao trong những thời điểm nhất định trong ngày. Những dự báo được cải thiện như vậy sẽ nâng cao đáng kể hoạt động ra quyết định trong quản lý chất lượng không khí. Hệ thống này đang được thiết lập ở Hoa Kỳ nhưng có thể dễ dàng áp dụng cho bất kỳ nơi nào trên thế giới.
DỰ BÁO VỀ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ TRONG TƯƠNG LAI
Các dự đoán về vật chất dạng hạt mịn ở Hoa Kỳ.
Để định lượng những thay đổi trong tương lai về chất lượng không khí do những thay đổi của khí hậu và các hoạt động của con người trong tương lai, NCAR đã phát triển một mô hình khí hậu toàn cầu và khu vực kết hợp với hóa học. Các mô hình này có thể được sử dụng để kiểm tra tác động của các kịch bản phát thải khác nhau đối với chất lượng không khí của bất kỳ khu vực nào trên thế giới. Chúng đã được sử dụng để dự đoán những thay đổi về chất lượng không khí ở Hoa Kỳ và Ấn Độ cho đến giữa thế kỷ (2050).
Kết quả mô hình cho thấy rằng kịch bản phát thải do con người gây ra với Con đường tập trung đại diện (RCP) có thể cải thiện chất lượng không khí ở Hoa Kỳ nhưng không phải ở Ấn Độ.
ĐỊNH LƯỢNG VẬN CHUYỂN XUYÊN BIÊN GIỚI CÁC CHẤT Ô NHIỄM
Các kịch bản RCP 8.5 trên bề mặt trung bình hàng ngày tối đa trong 8 giờ hàng ngày ở Nam Á cho ngày nay (1995-2004, trái) và tương lai (2045-2054, phải).
Tùy thuộc vào thời gian tồn tại của hạt, các chất ô nhiễm không khí có thể được vận chuyển bởi gió khí quyển từ quốc gia này sang quốc gia khác. Do đó, việc xác định số lượng đóng góp của giao thông xuyên biên giới trong khi thiết kế các chiến lược giảm thiểu ô nhiễm không khí trở nên rất quan trọng.
NCAR đã phát triển một kỹ thuật đánh dấu được gắn thẻ để định lượng sự đóng góp xuyên biên giới đối với cả chất ô nhiễm dạng khí (carbon monoxide, CO) và sol khí (carbon đen, BC). Sử dụng kỹ thuật này, phương tiện giao thông xuyên biên giới được ước tính đóng góp tới 30% vào ô nhiễm CO vào mùa đông nhưng ít hơn 5% vào ô nhiễm BC ở Ấn Độ, cho thấy rằng Ấn Độ cần hợp tác với các nước láng giềng để giảm ô nhiễm carbon monoxide. Tuy nhiên, nó cũng tiết lộ rằng đất nước có thể kiểm soát ô nhiễm carbon đen.
Làm việc để phát triển các công nghệ mới trực tiếp giúp những người ra quyết định lập kế hoạch cho những ngày ô nhiễm cao.
ĐỊNH LƯỢNG VIỆC VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHU VỰC
Cũng giống như vận tải xuyên biên giới, điều quan trọng là phải xác định số lượng đóng góp của giao thông vận tải trong khu vực (được định nghĩa là lượng khí thải từ tất cả các vùng của đất nước trừ vùng đó) vào chất lượng không khí của một vùng trong nước để thiết kế các chiến lược giảm thiểu. Sự đóng góp của giao thông khu vực đối với ô nhiễm CO và BC ở các khu vực khác nhau của Nam Á đã được định lượng bằng cách sử dụng kỹ thuật đánh dấu được gắn thẻ.
Làm việc để phát triển các công nghệ mới trực tiếp giúp những người ra quyết định lập kế hoạch cho những ngày ô nhiễm cao.
ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG XÃ HỘI CỦA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ
NCAR và các đối tác đã kết hợp các mô hình vận chuyển hóa học với sản xuất nông nghiệp và bộ dữ liệu dân số để đánh giá tác động của ô nhiễm không khí đối với sức khỏe con người và cây trồng. Đối với khu vực Ấn Độ, người ta ước tính rằng ô nhiễm tầng ôzôn trên bề mặt phá hủy đủ lương thực để nuôi sống khoảng 94 triệu người và cùng với các vật chất dạng hạt mịn có thể dẫn đến khoảng 0,9 triệu ca tử vong sớm mỗi năm. Thiệt hại kinh tế liên quan đến sức khỏe và tác động mùa màng của ô nhiễm không khí ở Ấn Độ ước tính lên tới hơn 2 tỷ USD.
CẢI THIỆN ƯỚC TÍNH PHÁT THẢI
Phần trăm đóng góp của khí thải Ấn Độ (trái) và giao thông xuyên biên giới (phải) vào ô nhiễm CO vào mùa đông ở Ấn Độ.
Các ước tính phát thải từ dưới lên trên toàn cầu và khu vực hiện có để đánh giá ảnh hưởng của các hoạt động của con người đối với chất lượng không khí. Tuy nhiên, những ước tính phát thải này rất không chắc chắn đối với một số khu vực trên thế giới. Để giảm sự không chắc chắn trong các ước tính phát thải này, NCAR đã phát triển các thuật toán mô hình nghịch đảo kết hợp các mô hình vận chuyển hóa học với các quan sát tại chỗ và vệ tinh về các chất ô nhiễm để hạn chế phát thải.
