新研究显示芝加哥污染如何因社区而异

西北大学的一项新研究发现，如果你住在贯穿芝加哥或直接毗邻密歇根湖的主要州际高速公路上，你经常比城市其他地方暴露在更多的空气污染中。

在这项新研究中，西北地球科学家为密歇根湖南部地区开发了高分辨率的空气污染模拟。新的模拟是第一个通过将高分辨率排放数据与天气和化学品运输模型相结合来创建芝加哥空气质量的邻里尺度估计，以显示空气和化学物质如何在整个城市和周边地区相互作用和移动 - 跨越时间和空间。这种方法不仅显示了不同污染物的形成位置，还显示了污染物如何传播，与空气中的其他气体和阳光相互作用，并根据季节变化。

该研究的最终版本发表在《地球物理研究杂志：大气》上。

利用新的模拟，研究人员发现空气污染的负担在芝加哥社区中的分布并不均匀。研究人员使用他们的模型来跟踪三种主要的危害健康的污染物：二氧化氮，细颗粒物(烟尘，灰尘和烟雾)和臭氧。他们发现，I-290，I-90和I-94沿线的二氧化氮和颗粒物浓度是芝加哥污染最低的社区的两倍。直接毗邻密歇根湖的社区经历了更多的地面臭氧污染。

通过对整个地区的空气污染进行详细的逐个社区估计，研究人员旨在帮助决策者找到解决方案，例如公共交通电气化或建造更多的绿色空间 - 为最需要它们的特定区域。

“准确描述空气质量非常重要，因为它会影响人们的身心健康，”西北大学的丹尼尔霍顿说，该研究的资深作者。“空气质量差对一个人的生活质量有深远的影响，最终可能导致人们比他们应该早死。因此，了解空气质量差的地方至关重要，特别是因为弱势和边缘化社区历来不公正地承担了空气质量差的负担。

“当我们研究污染及其影响时，仅仅关注排放来自哪里是不够的，”该研究的主要作者Anastasia Montgomery补充道。“我们需要考虑该地区的化学，气候和天气条件。我们可以利用这种模拟来更好地了解整个城市污染的异质性，这最终可能导致更明智和公正的政策决策。

霍顿是西北大学温伯格艺术与科学学院的地球和行星科学助理教授，他领导气候变化研究小组。蒙哥马利是霍顿研究小组的博士候选人。

表征空气质量，特别是在社区尺度上，具有挑战性。美国环境保护署 (EPA) 使用测量各种污染物的传感器网络持续监测美国各地的空气质量。大气中的卫星每天拍摄一次或两次空气质量快照。低成本传感器网络在部署位置进行非监管估计。虽然所有这些方法都收集了重要信息，但它们在数据中留下了关键的空白。

“平均而言，在美国，每1平方公里只有一个EPA监测器，所以这是一个相当稀疏的监测网络，”蒙哥马利说。“一个城市的空气污染将大不相同，这取决于你是站在公园里还是工厂旁边。

“卫星通过整个大气层向下观察，因此它们只能近似于鼻子水平发生的事情。我们希望填补这些空白，使我们能够更好地了解谁暴露在空气质量差的环境中，以及暴露是否均匀分布在整个城市。

为了填补这些空白，Horton，Montgomery和他们的团队使用了一种新的排放数据集和一个基于物理和化学的耦合模型。基于物理的模型使研究人员能够模拟污染物如何跨越空间和时间从其源头移动。基于化学的模型使研究人员能够跟踪二次污染物，例如臭氧，当氮氧化物(NO)形成时x)和挥发性有机化合物(VOC)排放暴露在阳光下。

生成的模型可以模拟每小时发生的空气污染，因为它发生在1.3公里大小的空间块上。利用1.3公里尺度的模拟，研究人员解决了个别城市社区内的高污染区域，并描述了小区域臭氧的季节性变化。

在他们的发现中，霍顿和蒙哥马利指出，密歇根湖(包括沿湖社区)和农村社区的臭氧最高。内燃机汽车不排放x，气流将污染物赶出城市。不x然后暴露在阳光下并与其他化学物质发生反应，从而产生臭氧。在温暖的月份，当阳光更容易获得时，臭氧水平特别高;冬季的浓度减半。

研究人员还发现，没有x高速公路沿线的颗粒物水平最差——无论季节或天气如何。即使城市其他地区经历了高污染日，高速公路沿线的污染仍然始终高于其他地区。

接下来，研究人员计划探索潜在的解决方案，例如更广泛地采用电动汽车，如何影响城市的空气污染。

“我们不仅可以以非常精细的分辨率表征空气污染，还可以探索问题的解决方案，”霍顿说。“使用数值模型的美妙之处在于，我们可以进行实验，看看哪些解决方案可以改善空气质量，通过这个模型，我们可以探索针对受影响最大的人的解决方案。

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