Ученые из Университета Страны Басков, расположенного в Бильбао, сравнили содержание загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в марте-июне 2020 года и до пандемии. В фокусе исследования были измеряемые большей части постов мониторинга в регионе оксид и диоксид азота (#NO и #NO2 ), диоксид серы (#so2 ), тонкодисперсные твердые частицы (#pm10 и #pm2.5 ) и приземный озон (#o3 ).
Ниже представлен адаптированный перевод исследования, с оригиналом можо ознакомиться здесь (https://pdfs.semanticscholar.org/dee8/14f4904d0bdb57ee13976ab5582c9c22cd4e.pdf?_ga=2.200093742.1490491529.1638639933-443419821.1638639933)
Цитирование:
Gangoiti, Gotzon et al. “Impact of the COVID-19 Lockdown in a European Regional Monitoring Network (Spain): Are We Free from Pollution Episodes?” International Journal of Environmental Research and Public Health 18 (2021): n. pag.
Это первый достаточно крупный переводной текст исследования. Из чисто эгоистичных профессиональных интересов я намерена и дальше делать/публиковать такие переводы. Их буду отмечать тегом #Airon_lit .
Внимание! Впереди много слов и графические материалы из оригинального исследования.
В Испании состояние тревоги, связанное с распространением COVID-19, и ограничения на активность, были установлены в субботу 14 марта 2020 года и продлевалось шесть раз каждые две недели до воскресенья 21 июня. Для изучения влияния локдауна на качество воздуха были выбраны 18 недель, разделенные на 3 субпериода: за 3 недели до блокировки, нулевая неделя (9–15 марта) и последующие 14 недель изоляции. Для каждой недели периоду были задокументированы действовавшие ограничения.
Школы, колледжи и университеты закрыты с 9 марта в Витории-Гастейс и с 13 марта на остальной территории Басков. Общие ограничения, введенные 14 марта, включали ограничение свободы и мобильность. По возможности применялась дистанционная работа, второстепенные службы были закрыты. Кроме того, с 30 марта по 9 апреля все второстепенные работники службы были вынуждены оставаться дома. В течение этого периода мобильность была разрешена только в случае форс-мажорных обстоятельств, таких как посещение врача или приобретение предметов первой необходимости или продуктов питания.
Послабления начались 4 мая. Мобильность была ограничена пределами муниципалитета, и использование общественного транспорта постепенно увеличивалось. Разрешение на выезд определялось по возрастным группам и временным интервалам, а некоторые заведения были открыты только по предварительной записи, например, парикмахерские, рестораны, бары. Учитывая другую ситуацию в испанских автономных сообществах, с 11 мая меры были продиктованы автономным правительство. На следующих этапах 1 и 2 меры социального дистанцирования постепенно сокращались. С 18 июня была разрешена мобильность между провинциями, и 20 июня началась ситуация «новой нормальности».
Для сравнения данных о качестве воздуха, зарегистрированных во время локдауна в 2020 года, соответствующие периоды за пять предыдущих лет были выбраны в соответствии с критериями Европейского агентства по окружающей среде, включая эффект выходных.
Выбросы
Как и в других уголках мира, в Стране Басков автомобильный транспорт обуславливает значительную часть выбросов загрязняющих вещества. Данные об изменении дорожного движения во время локдауна были получены со станций учета трафика в трех провинциях Страны Басков и от каждого городского совета (Бильбао, Витория-Гастейс и Доностия-Сан-Себастьян). В среднем внутригородские автомобильные перемещения в период локдауна снизились на 49% по сравнению с аналогичным периодом 2019 года, перемещения межу городами - на 53%. Учитывались также и изменение выбросов от авиации. Грузовые авиационные перевозки снизились на 14%, пассажирские - на 91%. Характерными для этого региона являются значительные выбросы от судоходства - главный порт Страны Басков находится в устье Большого Бильбао. Месячные вариации общего морского трафика использовались для оценки изменений в течение изучаемого периода. Во время локдауна морской трафик снизился в регионе незначительно - в среднем на 9%.
Что касается стационарных источников выбросов, то промышленная деятельность и электростанции являются основными источниками NOx в регионе: они выбрасывают больше, чем автомобильный транспорт (соотношение 5/4), и больше, чем бытовые источники (5/1). Они также являются практически единственными источниками выбросов SO2 и основными источниками выбросов первичных PM2,5 в соотношении 4/1 по отношению к дорожному движению. Изменения производственной деятельности во время блокировки можно оценить с помощью изменений потребления энергии (электроэнергии и газа). Индекс промышленного производства (IPI) также может использоваться в качестве индикатора промышленной активности. Промышленная активность в период ограничений снизилась в среднем на 20%.
В регионе имеются три электростанции комбинированного цикла, работающие на природном газе, с общей установленной мощностью 2000 МВт. Все они расположены в районе коммуны Большого Бильбао: два из них в 14 и 17 км к юго-западу от центрального города, а третий к юго-востоку, после долины реки Ибайзабал. Их выбросы могут повлиять на всю городскую территорию при адекватной метеорологии.
Качество воздуха
В рамках исследования выполнялся суточный и субдневной анализ данных об аэрозолях и озоне. Выявлено, что территория неоднократно подвергалась воздействию загрязняющих веществ из внешних регионов. Три эпизода PM10 и десять PM2,5 были вызваны переносом антропогенных европейских сульфатов, африканской пылью и лесными пожарами. Этот регион характеризуется разнообразной орографической климатологией и развитой и разнообразной промышленную деятельность. Городское и междугородное автомобильное движение области снизилось на 49% и 53% соответственно, тогда как промышленная активность снизилась на 20%. Следовательно, средние концентрации NO2 в городах за этот период упали до 12,4 мкг · м-3 (-45%). Озон показал до пяти превышений WHO AQG для суточного максимального 8-часового среднего значения как в сельских, так и в городских районах, связанных с транспортом через Францию и Бискайский залив, в периоды европейских блокирующих антициклонов. Тем не менее, средние показатели показали умеренное снижение (-11%) в сельской местности в соответствии с сокращением количества предшественников и несопоставимыми изменениями в городах, которые воспроизводят эффект выходных дней их исторических данных. Уровень PM10 снизился меньше, чем ожидалось (-10% и -21%, в городской и сельской местности, соответственно), что, вероятно, вызвано умеренным снижением промышленной активности вокруг городских территорий и благоприятной метеорологией для образования вторичных аэрозолей, что также может повлиять на более низкие изменения наблюдаются в PM2,5 (-1% и + 3% в городских и сельских районах, соответственно). Следовательно, в будущем сценарии транспортных выбросов с низким уровнем выбросов NOx межрегиональный контроль PM и озона потребует действий в различных секторах, включая промышленность и общие стратегии борьбы с загрязнением.
Учет метеорологических условий
Примечательно, что в этом исследовании изучалось влияние не только изменния уровня поступления загрязняющих веществ на их содержание, но и различие в метеорологических условиях. Это показывает на неповерхностное рассмотрение вопроса, но и связано с тем, что метеорология является одним из основных факторов концентрации загрязняющих веществ в регионе. Сильные ветры приносят периоды вентиляции с низкими концентрациями, в то время как слабые ветры и / или местные и мезомасштабные рециркуляции ветра вызывают накопление загрязняющих веществ и эпизоды загрязнения. Т.е. снижение концентрации загрязняющих веществ в регионе, например, в период локдауна, можно объяснить меньшим количеством выбросов, хорошими условиями вентиляции или и тем, и другим. Напротив, увеличение или простое отсутствие тенденции в сценарии низких выбросов заставляет искать адекватные причины, которые могут быть связаны с неучтенными источниками загрязнения и / или совпадением неблагоприятных метеорологических условий. Это относится к некоторым загрязняющим веществам, отслеживаемым в сети Басков. Для поиска роли метеорологии в наблюдаемых концентрациях в период изоляции были оценены метеорологические аномалии относительно ожидаемых средних условий в регионе. Метеорологические переменные, такие как ветер, облачный покров, температура и распределение давления, были выбраны для поиска аномалий в период изоляции с марта по июнь 2020 г. по сравнению со средними значениями за пятилетний период 2015–2019 гг. за тот же четырехмесячный период. Для исследования используются почасовые данные реанализа ERA-5, шестичасовой исторический архив NCEP Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) и спутниковые изображения Службы глобального обзора изображений НАСА. Наиболее детально метеоуслвоия использованы для анализа основных эпизодов O3 и PM, зарегистрированных в регионе во время органичений.
Метеорология в период изоляции (2020 г.) и сравнение с 2015–2019 гг.
Метеорологические аномалии в период локдауна(16 марта - 21 июня 2020 г.) по сравнению со средними значениями за пятилетний период 2015–2019 гг. за тот же соответствующий период показаны в исследовании. Период изоляции характеризовался положительными температурными аномалиями на севере и северо-западе Пиренейского полуострова и отрицательными температурами на юге и юго-востоке. Самые высокие температурные аномалии были расположены на юго-западе Франции и в «самом юго-восточном регионе» Бискайского залива. В тех же относительно теплых областях наблюдались отрицательные аномалии облачного покрова, которые также повлияли на регион. Картина аномалий давления и ветра, показывает более интенсивные европейские континентальные восточные ветры, дующие над аномалией с более высоким давлением, расположенной на западе Франции и в прибрежной зоне над Бискайским заливом. В то время как интенсивность ветра в Стране Басков приближается к средним значениям с небольшой отрицательной аномалией 0,5 м/с.
Следовательно, в сценарии с низким уровнем выбросов фактические условия вентиляции в Стране Басков способствовали бы сравнительному снижению концентраций первичных загрязнителей в окружающей среде вблизи источников. Давление, направление ветра, температура и облачность совместимы с более высокой, чем обычно, частотой антициклонов над Францией в течение этого периода: континентальные восточные ветры принесли наблюдаемую теплую и сухую аномалию в северные районы Пиренейского полуострова. Можно ожидать, что морские бризы в дневное время, которые часты с марта по октябрь на Кантабрийском побережье, способствовали схождению внутренних континентальных восточных ветров Европы через Бискайский залив с северным побережьем Иберии. Все эти процессы способствуют трансграничному переносу озона (и вторичных аэрозолей) с юга Франции, и приводит к наиболее серьезным эпизодам, зарегистрированным в регионе. Изменения средних значений PM и озона в период локдауна между 2020 и предыдущими годами могут быть связаны с упомянутыми метеорологическими аномалиями (температура, облачность и ветры). Все эпизоды озона, идентифицированные во время изоляции, также совпадают по времени с синоптическими явлениями им способствующими.
Концентрации загрязняющих веществ
Концентрации загрязнителей воздуха, зарегистрированные в период блокировки в 2020 году, сравнивались с данными, полученными в соответствующие периоды предыдущих пяти лет (2015–2019 годы). Средние межгодовые и локальные средние концентрации за весь период изоляции рассматривались на выбранных участках сгруппированных в три группы.
Среднегодовые показатели (2015–2019 гг.)
Из-за большего общего объема транспортных и промышленных выбросов в Большом Бильбао по сравнению с другими городами его средние межгодовые концентрации загрязняющих веществ (NOx, SO2, PM10 и PM2,5) были более высокими, чем в других крупнейших городах региона. Точно так же в Доностия-Сан-Себастьян были более высокие концентрации, чем в Витория-Гастейс. Это верно для большинства загрязнителей, за исключением O3, который показал обратное поведение с более низкими концентрациями в Большом Бильбао из-за повышенного титрования озона оксидами азота. Средние межгодовые концентрации NO2 в Большом Бильбао (самые высокие среди всех участков) были 27,2 мкг/м 3, что значительно ниже годового Руководства ВОЗ по качеству воздуха (WHO AQG) для этого загрязнителя (40 мкг/м3). Концентрации SO2 для межгодовых значений также были низкими (5,9 мкг/м3). Однако содержание PM10 (17,7 мкг/м 3) и PM2,5 (9,5 мкг/м3) были близки к превышению соответствующих годовых нормативов в 20 и 10 мкг/м3. Наибольшие концентрации O3 в городах были зарегистрированы в Витория-Гастейс (66,2 мкг/м-3) и были относительно низкими по сравнению со средними показателями в сельской местности. Для трех сельских участков средние концентрации NO (1,5 мкг/м3), NO2 (3,7 мкг/м 3) и SO2 (1,9 мкг /м3) были намного ниже, чем зарегистрированные в городских районах (7,7, 22,6 и 3,9 мкг/м-3 для трех соответствующих загрязнителей). В этом отношении средние значения концентраций NO и NO2 в сельских районах составляли лишь 19% и 16% от соответствующих концентраций в городах, концентрация SO2 в сельских районах также была относительно низкой: 49% от значений в городах. Это, по-видимому, вызвано относительно большим расстоянием от их основных источников (дорожное движение и промышленность) вокруг соответствующих городских территорий и относительно коротким сроком жизни этих загрязнителей. Средние концентрации PM10 в сельской местности составили 68% от значений, зарегистрированных в городах. PM2,5 были еще более равномерно распределены в сельской местности региона (5,6–6,2 мкг/м3), примерно 69% среднего содержания PM2,5 в городской среде. Наблюдаемые различия концентраций NO и NO2 в городских и сельских районах, по-видимому, соответствуют более продолжительному сроку жизни PM2,5 и PM10, что приводит к более значительным различиям между городскими и сельскими районами при более коротком сроке их жизни. Напротив, распределение поля O3 контролировалось как фотохимией, так и наличием NOx и НМЛОС. Таким образом, его концентрация в сельской местности, за пределами городской среды, насыщенной NOx, была выше, чем в городах. Самые высокие средние значения были обнаружены в Витория-Гастейс (84,1 мкг/м3). Эта станция мониторинга показала самую крупную историю эпизодов O3 в Стране Басков.
Средние показатели локдауна
NO и NO2
Во время локдауна городские концентрации NO и NO2 показали наибольшее снижение среди всех зарегистрированных загрязнителей на станциях мониторинга в Стране Басков. Среднее в городах на трех участках в период с марта по июнь 2015–2019 гг. составляло 7,7 мкг/м3 и 22,6 мкг/м3 для NO и NO2, соответственно. Во время блокировки они снизились в среднем на 4,1 мкг/м3 для NO и 10,2 мкг/м3 для NO2, что является важным снижением на -53% и -45%, соответственно, по сравнению с межгодовыми значениями. Эти средние значения не были равномерно распределены между городами: Витория-Гастейс показывает наибольшее сокращение NO2 (-53%), а Большой Бильбао - самое низкое (-42%). Эти сокращения соответствуют зарегистрированному сокращению дорожного движения во всем регионе, которые оказали прямое влияние на выбросы NOx в городах. Другим вкладом в наблюдаемые изменения NOx могли быть сообщения об изменениях в промышленной и бытовой коммерческой деятельности, в которых природный газ используется в качестве основного источника тепла или электроэнергии. Однако, основываясь только на сообщении об умеренном снижении общего потребления газа (-11%) во время блокировки, можно сделать вывод, что изменения в дорожном движении были основным фактором снижения выбросов NOx в городах.
SO2
Концентрации SO2 были очень низкими как в городских, так и в сельских районах: среднее значение по ансамблю в городах за период с февраля по июнь 2015–2019 гг. составляло 3,9 мкг/м3 и 1,9 мкг/м3 в сельской местности Вальдерехо. Уровень SO2 в городах был значительно выше по Большом Бильбао (5,9 мкг/м3) и ниже по Витория-Гастейс (2,7 мкг/м3) и Доностия-Сан-Себастьян (3,2 мкг/м3). Наблюдаемое распределение может быть связано с промышленностью, которая является основным источником атмосферного SO2 в регионе, с относительно более высоким воздействием крупного нефтеперерабатывающего завода, расположенного недалеко от Большого Бильбао, вместе с морским трафиков в его портовой зоне. Во время блокировки уровень SO2 снизился на 0,8 мкг/м3 в городских районах и остался неизменным в сельских районах. Это соответствует снижению на 21% в городах для межгодовых периодов, что соответствует предполагаемому среднему 20% сокращению деятельности нефтеперерабатывающего завода и сокращению общей промышленной деятельности, исходя из их энергопотребления. Сокращение грузопотока в порту Бильбао во время блокировки (-8,1% по сравнению с тем же периодом с марта по июнь 2019 г.) также могло способствовать наблюдаемому снижению SO2.
PM10
Средние в период локдауна концентрации PM10, как и в случае SO2, показали умеренное снижение в городской и сельской окружающей среде Стране Басков. Среднее по ансамблю на трех городских участках в период с февраля по июнь 2015–2019 гг. составило 16,5 мкг/м3 и 11,2 мкг/м3 в сельской местности. Во время локдауна PM10 снизилось в среднем на 2,4 мкг/м3 и 1,7 мкг/м3 в сельской и городской среде, соответственно. Это представляет собой небольшое сокращение на 10% в городах, что ниже наблюдаемого для SO2, и большее сокращение на 21% для сельских PM10 для межгодовых значений. Снижение выбросов от дорожного движения, меньшее количество строительных/сносных работ и более скромное снижение промышленной активности (примерно -20%) могло быть причиной наблюдаемого снижения. Таким образом, во время локдауна снижение концентраций PM10 больше повлияло на сельскую среду, что привело к увеличению градиента концентрации между городом и деревней. Снижение не повлияло на все города или все сельские районы одинаково: наименьшее снижение среди городов на 3% отмечено для Доностия-Сан-Себастьян и в сельских районах в Мундака на 10%. Оба участка мониторинга расположены на берегу моря, и аэрозоль морской соли мог сыграть роль в наблюдаемых меньших сокращениях. Аэрозоль морской соли составлял часть общей концентрации, которая, вероятно, не изменилась во время локдауна для среднегодовых значений, о чем можно судить по отсутствию ветровых аномалий в прибрежной зоне региона.
PM2,5
Средние концентрации PM2,5 во время локдауна оставались постоянными без значительных изменений межгодовых значений как в городской, так и в сельской местности в Стране Басков. Среднегодовое значение по ансамблю PM2,5 в трех городских районах в период с марта по июнь составляло 8,4 мкг/м3 и 5,8 мкг/м3 в трех сельских районах. Во время локдауна аналогичные концентрации были обнаружены как в среднем по ансамблю в городах (8,3 мкг/м3), так и в сельской местности (6,0 мкг/м3). Более того, концентрации оставались одинаковыми на каждом конкретном участке во время блокировки для их межгодовых периодов, за исключением Мундака в сельской местности, который немного увеличился (+ 13%) по сравнению с относительно низким значением (6,2 мкг/м3) в предудущие годы. Скорость ветра во время локдауна, которая контролирует вынос/рассеивание загрязняющих веществ, была близка к средним условиям 2015–2019 годов. Таким образом, при первом приближении значения в период изоляции могут быть напрямую сопоставлены со среднегодовыми значениями без поправки на скорость ветра.
После наблюдения за квази-стойкими концентрациями PM2,5 в межгодовом периоде было определено, что городское и междугороднее дорожное движение не может быть основным источником наблюдаемых концентраций PM2,5 в Стране Басков, т.к. в рассматирваемый период дорожное движение значительно сократилось (49–53%). Значительное сокращение PM2,5 оказало бы серьезное влияние на города, но этого не произошло. Наблюдаемое сокращение можно отнести только к основному источнику PM2,5, который не сильно изменился во время блокировки. В этом отношении исследование пространственного и отраслевого распределения источников, проведенное в 150 европейских городах, включая Большой Бильбао, с использованием адаптированной модели переноса химических веществ, показало, что автомобильный транспорт вносит лишь 7% в содержание PM2,5 в Бильбао, в то время как вклад промышленности составляет 46%. Остальное распределяется между сельским хозяйством (16%), жилыми (4%), естественным (12%) и другими второстепенными источниками. Эти процентные значения показывают высокую изменчивость среди рассматриваемых городов. Во время локдауна основное снижение коснулось дорожного движения, промышленность показала меньшее снижение, тогда как активность электростанций увеличилась.
Принимая во внимание только дорожное движение и промышленность, поскольку сельское хозяйство не претерпело значительных изменений во время локдауна, мы могли ожидать снижения на 1,2 мкг/м3 в Бильбао. Фактическое снижение составило всего 0,2 мкг/м-3. Воздействие конкретных метеорологических условий, таких как меньшее количество осадков и более высокая инсоляция, чем во время средней метеорологической ситуации с марта по июнь (2015–2019 гг.), могло сыграть роль в более эффективном образовании вторичного аэрозоля, который может увеличить PM2,5 концентрации до наблюдаемых значений. Более равномерное распределение PM2,5 между городскими и сельскими районами в Стране Басков относительно PM10 можно объяснить как расположением их основных первичных источников и источников прекурсоров (среди прочего, промышленность, дорожное движение и быт) внутри или вблизи крупных городов, так и различиями в их сроке жизни PM10, что позволило повысить эффективность транспортировки PM2,5 в более отдаленные сельские районы.
Озон
Средняя концентрация O3 в городах во время локдауна не показала значительных изменений относительно предыдущих межгодовых значений, хотя важные различия были обнаружены между тремя городами. Межгодовые концентрации O3 на городских участках показали среднее значение (60,1 мкг/м3) ниже чем для сельских участков (82,1 мкг/м3) с самыми низкими концентрациями в Бильбао (51,5 мкг/м3) из-за большего эффекта титрования O3 по сравнению с Доностия-Сан-Себастьян (62,7 мкг/м3) и Витория-Гастейс (66,2 мкг/м3). Во время локдауна наблюдалось значительное увеличение Бильбао (+ 11%) и умеренное снижение Витория-Гастейс (−7%) и Доностия-Сан-Себастьян (−2%), что объясняет наблюдаемое квазинепрерывное среднее значение трех участков (60,2 мкг/м3) относительно среднегодового значения (60,1 мкг/м3). Напротив, более равномерное снижение (приблизительно -11%) наблюдалось в сельских регионах, что делало различия между городскими (60,2 мкг/м3) и сельскими (73,2 мкг/м3) участками меньше. Наблюдаемые изменения концентрации O3 в городах во время локдауна имитируют эффект выходных дней.
Обобщая результаты, средние концентрации загрязнителей воздуха в период локдауна с марта по июнь 2020 г. по сравнению с концентрациями в марте – июне 2015–2019 гг. демонстрируют различные тенденции в городских и сельских районах в зависимости как от участка, так и от загрязнителя. В городских районах средние концентрации большинства загрязнителей воздуха имеют тенденцию к снижению, проявившуюся в большей степени для NO и NO2 (-53% и -45% соответственно), и вмешьшей для SO2 и PM10 меньше (-21% и -10%, соответственно), с небольшими изменениями для PM2,5 (-1%) и O3 (0%). Самые высокие концентрации во время блокировки, как и среднегодовые значения, были зарегистрированы в Большом Бильбао, а самые низкие - в Витория-Гастейс, за исключением O3, который показал обратное поведение с минимумом в Большом Бильбао. Наблюдаемое снижение загрязнения в сельской местности во время локдауна повлияло на содержание NO (-20%) и NO2 (-41%), что привело к очень низким концентрациям 1,5 мкг/м3 и 3,7 мкг/м3, соответственно. Снижение также было значительным для SO2 и PM10 (−21%), умеренным для O3 (−11%) и незначительным для PM2,5 (−1%).
Изменения качества воздуха в городах: средние значения за неделю и влияние выходных дней
Уменьшение городского трафика оказало значительное влияние на наблюдаемое снижение концентраций NOx, как описано выше. PM10 и O3, среди других загрязнителей, также снизились за счет сокращения дорожного движения в городах. Среднее снижение концентраций NO2 в течение периода полного локдауна в городах также хорошо представлено в недельном масштабе для всего периода. Самая низкая недельная средняя концентрация NO2 в Бильбао отмечена на 7 неделе локдауна (11,1 мкг/м3), синхонно с минимумом в Витория-Гастейс (4,0 мкг/м3). Однако эти самые низкие концентрации совпадают с первой неделей снятия ограничений на свободу передвижения и соответствующего восстановления движения в городах. Более низкие значения на 7-ой неделе больше связаны с периодом благоприятных условий вентиляции с интенсивными западными ветрами, облачностью и дождем на северном побережье Иберии. Важно отметить, что из-за соответствующего уровня выбросов самые низкие концентрации в Бильбао (11,1 мкг/м3) превышают большинство средних за неделю в Витория-Гастейс в течение всего периода локдауна (с 2-ой по 4-ую неделю). Межгодовые концентрации NO2 в Витория-Гастейс значительно ниже лимита среднегодовых значений WHO AQG (40 мкг/м3), а во время изоляции они были еще ниже. Однако межгодовые концентрации в Бильбао близки к рекоменованным границам безопасного WHO AQG; иногда они превышают его, и в большинстве случаев верхний сигма-интервал выше предела WHO AQG, по крайней мере, до мая-июня, когда его сезонное снижение становится более очевидным. Во время локдауна и после снижения дорожного движения 24-часовые концентрации NO2 в Бильбао упали ниже самых низких значений нормальной изменчивости межгодовых значений и оставались значительно лимитов WHO AQG.
Общее снижение концентрации, наблюдаемое в трех городах во время периода полного локдауна, также было зарегистрировано для всех средних значений за неделю, за исключением недель 1 и 2, когда полная изоляция и ограничения мобильности уже действовали, и 11-ой недели на стадии ослабления. За эти три недели одновременное превышение межгодовых значений было зарегистрировано в трех городах. Как обсуждалось выше, эти периоды совпадали с эпизодами африканской пыли. Серии O3 для Бильбао и Витория-Гастейс показывают, что концентрации O3 в Витория-Гастейс во время локдауна продемонстрировали общую тенденцию к снижению по сравнению с еженедельными межгодовыми значениями на той же панели, за исключением недель w2–3 и w10–11, которые совпадали с эпизодами переноса озона из периферийных регионов и при определенных метеорологических условиях. Напротив, еженедельный уровень озона в Бильбао показал тенденцию к увеличению в период наибольшего снижения дорожного движения в городе (недели 1-12), за исключением 7-ой недели, с вышеупомянутой исключительной метеорология, которая привела к сильно обедненному фотохимическому составу O3. Тот же недельный ряд в Доностия-Сан-Себастьян не показал значительных изменений во время локдауна для межгодовых значений. Таким образом, каждый город по-разному реагировал на снижение концентрации О3, несмотря на то, что он подвергался одинаковым ограничениям и находился на небольшом расстоянии друг от друга (60–80 км). Это может быть связано с химическим режимом O3 в каждом городе. После интерпретации их соответствующих уровней загрязнения NOx, обсужденных выше, и реакции O3 на сокращение трафика, мы интерпретировали увеличение O3 в Бильбао как индикатор образования O3 в среде, насыщенной NOx. Таким же образом Витория-Гастейс ограничивается концентрацией NOx, а Доностия-Сан-Себастьян может быть либо ограниченным, либо насыщенным в зависимости от конкретной ситуации. К сожалению, отсутствие мониторинга НМЛОС ограничивало нашу способность полностью интерпретировать изменения O3 в городах.
Анализ эффекта выходных в трех городах в течение недавних исторических (2015–2019 гг.) рядов показывает, что изменения O3 во время блокировки следовали аналогичным (положительным – отрицательным) тенденциям, чем те, которые наблюдались между будними днями (с понедельника по пятницу) и выходными (суббота и воскресенье) в исторической серии. Ежечасные концентрации O3 в Бильбао во время локдауна были большую часть времени выше представленного диапазона пятилетнего интервала, в Доностия-Сан-Себастьян они были внутри этого диапазона, а в Витория-Гастейс - ниже. В Бильбао эти изменения привели к среднему увеличению концентрации MDA8 на + 7% и + 5% для рабочих дней и выходных, соответственно, по сравнению с межгодовыми значениями. Соответствующее снижение на -8% и -10% наблюдалось в Витория-Гастейс, в то время как Доностия-Сан-Себастьян показал наименьшие изменения (-3% и -1%). Аналогичным образом, исторические изменения (2015–2019 гг.) в выходные дни фиксируют среднее увеличение Бильбао(с 73,6 до 76,8 мкг/м3), снижение Витория-Гастейс (с 86,0 до 84,9 мкг/м3) и почти постоянные значения Доностия-Сан-Себастьян (82,4–82,9 мкг/м3).
Эпизоды повышенных концентраций озона и PM во время изоляции
Средние значения O3 за неделю во время изоляции, показывают несколько недель «аномально» высоких концентраций O3, превышающих среднегодовые значения в более «сельских» из трех городов (Витория-Гастейс), которые показали общую тенденцию к снижению после сокращения дорожного движения из-за блокировки (недели 2-3 и 10-11). «Аномально» высокие концентрации PM10 были также зарегистрированы в течение недель 1-2 и 11 в трех городах. Напротив, средние еженедельные значения NO2 поддерживались значительно ниже своих межгодовых значений во всех местах в течение всего периода локдауна, для наиболее и наименне загрязненных городов региона. Эти аномальные периоды для O3 и PM скрывают эпизоды переноса из внешних регионов и с другим происхождением, как обсуждается далее. Представление серии в ежедневном и более высоком разрешении раскрывает реальную длину и интенсивность обнаруженных эпизодов и показывает новые эпизоды короткой продолжительности из обозначенных недель.
Такие эпизоды в случае O3 длились в среднем всего 3–4 дня в Стране Басков. Концентрации MDA8 O3 во время изоляции и за короткий 4-х недельный период до этого обнаруживают пять эпизодов средней продолжительностью 3–4 дня и с дневным 8-часовым стандартом выше 100 мкг/м3 одновременно во всех городских объектах. Одновременное превышение стандартов было выбрано для идентификации как O3, так и эпизодов переноса PM. Такие же эпизоды повышенного содержания O3 были также зарегистрированы во всех сельских районах. Концентрация озона достигла еще более высоких концентраций и превысила долгосрочную цель ежедневного 8-часового стандарта в ЕС (120 мкг/м3) во время эпизода номер 5.
Наблюдаемые изменения во время локдауна подкрепляют эти результаты: (1) относительно сильное влияние на всю рассматриваему территорию импорта O3 из континентальной Европы во время эпизодов (сельские и городские районы) и (2) высокая локальная аномалия O3 в городе Бильбао, которая, по-видимому, связана с зоной, насыщенной NOx. Город не попадал в условия, чувствительные к выбросам NOx, даже после того, как сообщалось о сокращении выбросов во время блокировки. В этом отношении важно отметить, что наблюдаемое поведение средних значений O3 во время сценария с низким уровнем выбросов из-за изоляции в трех городах воспроизводит наблюдаемый эффект выходных дней в трех городах: повышение в Бильбао, без изменений в Доностия-Сан-Себастьян и снижение в Витория-Гастейс.
До трех событий PM10 со среднесуточными значениями выше 20 мкг/м3 было зарегистрировано одновременно во всех городских объектах в течение всего периода. Одновременно высокие концентрации могут быть связаны с переносом из удаленных источников. В данном случае все они совпали со вспышками пыли в пустыне из северной Африки после развития больших волн Россби над регионом и/или после эволюции изолированных зон низкого давления, перемещающихся в северо-западную Африку. Из этих событий, происходящих в недели 1-2, 8 и 12, в результате чего 24-часовые средние концентрации превысили межгодовые значения, концентрации PM10 были немного ниже этих средних значений и были близки к нижней границе сигма-интервалов. В результате средние значения за полный период также оставались ниже межгодовых значений в городских условиях, с большим снижением Витория-Гастейс (-16%), умеренным в Бильбао (-12%) и практически без изменения Доностия-Сан-Себастьян (-3%). В отличие от концентраций O3, которые показывают более высокие средние значения в сельской местности по сравнению с городскими, концентрации PM10 в сельской местности показывают значения значительно ниже тех, которые были зарегистрированы в городских районах во время локдауна. Отмечается полное отсутствие концентраций выше контрольного уровня 20 мкг/м3, за исключением одного района течение 1-ой недели локдауна. Более значительное снижение PM10 с местным происхождением в трех сельских районах по сравнению с городскими районами предотвратили события переноса загрязняющих веществ с Африки, которые привели к тому, что концентрации PM превысили уровень 20 мкг/м3. Два крайних пика PM10 в период до COVID-19 соответствуют лесному пожару в Тинео (Астурия), к западу от Страны Басков на неделе -3 и африканской пыли одновременно с лесным пожаром на неделе -2.
Зарегистрированные средние 24-часовые концентрации PM2,5 в городах во время локдауна были близки к средним межгодовым показателям, и большую часть времени они оставались в пределах сигмы этого показателя. Пиковые концентрации PM2.5 аналогичным эпизодам для более крупной фракции (PM10).
Кроме того, для недель 3, 4, 6, 10 и 11 могут быть идентифицированы одновременные пиковые события, которых нет в записи PM10, потому что они не достигли достаточной концентрации в трех городах. Согласно списку эпизодов в Министерства экологии Испании, европейские сульфаты отставали от первых трех событий PM2,5 (недели 3, 4 и 6), а на 10-ой неделе - это эпизод африканской пыли. Ни один из них не был идентифицирован в записях по PM10. Зарегистрированные эпизоды африканской пыли в течение недель 1 – 2 и 12 также были идентифицированы системой вместе с одновременными PM от лесных пожаров. Все эпизоды, выявленные системой наблюдения в течение периода четко представлены в записях PM2,5 и наоборот, за исключением пика на 11-ой неделе, который был зарегистрирован одновременно в трех городах, но не идентифицирован системой. Этот необъяснимый пик совпадает с эпизодом переноса O3 и он может быть связан с (несульфатными) вторичными аэрозолями, генерируемыми фотохимическими реакциями и переносимыми вместе с O3 в Страну Басков.
Подобные высокие средние 24-часовые значения, близкие к межгодовым значениям, наблюдались для PM2,5 в сельских районах. Наблюдаемые относительно высокие суточные концентрации PM2,5 соответствуют расчетным средним концентрациям за период, которые показывают небольшие изменения по сравнению с межгодовыми значениями как в сельской, так и в городской среде. В отличие от PM10, концентрация которых в сельских районах во время карантина значительно снизилась, более равномерному распределению PM2,5 способствовало достижению эталонной концентрации (10 мкг/м3) в трех сельских районах и городсках в течение недель1-2 и 11.
Остальные зарегистрированные пики PM2,5 находились примерно на эталонном уровне 10 мкг/м3, но не превышали его одновременно в трех сельских районах. Два экстремальных пика PM2,5 в период до COVID-19 (неделя -2) соответствуют тем же эпизодам лесных пожаров и африканской пыли, которые также наблюдались в записях PM10.
Выводы
Исследователи оценили влияние локдауна во время пандемии COVID-19 на три основных городских объекта Страны Басков и прилегающие к ним сельских участках в период ограничения передвижения (14 недель). Были выбраны 16 станций сети мониторинга и контроля качества воздуха, которые представляют всю территорию. Как описано во многих других регионах мира, включая остальную часть Испании, концентрации большинства загрязнителей снизились в Стране Басков из-за ограничений COVID-19, при этом объем городского и междугородного дорожного движения в регионе упал в среднем на 49% и 53%, соответственно, уровень промышленной деятельности сократился на 20% в среднем. Однако наблюдаемые изменения средних значений за полный период не были однородными по всей территории и варьировались для каждого загрязнителя. Кроме того, вся территория неоднократно подвергалась воздействию аэрозолей и выбросов O3, переносимых из внешних регионов и добавляющих к локальному загрязнению. Они произошли при определенных метеорологических условиях.
В городских районах наблюдаемое снижение загрязнения во время изоляции повлияли на NO и NO2 больше, чем на любые другие зарегистрированные загрязнители (-53% и -45%, соответственно), что привело к очень низкой концентрации NO2 (12,4 мкг/м3) в среднем для городов значительно ниже лимитов WHO AQG для среднегодового значения на уровне 40 мкг/м3. В сельских районах аналогичное сокращение, затронувшее и без того низкие межгодовые значения на этих участках, привело к очень низким концентрациям как NO (1,2 мкг/м3), так и NO2 (2,2 мкг/м3). Наблюдаемое снижение больше соответствовало зарегистрированному сокращению дорожного движения, которое оказывает прямое влияние на выбросы NOx в городах, и меньше соответствовало более ограниченному сокращению промышленной деятельности. Снижение было еще более умеренным для SO2 (−21%) как в сельской, так и в городской среде, что соответствует умеренному сокращению в промышленности в целом, хотя это снижение повлияло на их и без того очень низкие межгодовые концентрации (3,1 и 1,5 мкг / м3). для городской и сельской среды соответственно.
Во время локдауна концентрации PM10 умеренно снизились (−10% и −21% в городской и сельской местности, соответственно). Средние межгодовые периоды в Бильбао (15,5 мкг/м3) близки к средним годовым показателям WHOAQG (20 мкг/м3). В качестве альтернативы, во время локдауна наиболее равномерное распределение концентрации было зарегистрировано для PM2,5 (8,3 мкг/м3 и 6,0 мкг/м3 в городских и сельских районах), и оно также показало низкие изменения относительно допандемийных значений (-1% и + 3% в городской и сельской местности соответственно). Более высокие средние концентрации в Бильбао (9,5–9,3 мкг/м3) делают это место очень близким к лимитам WHO AQG для среднегодовых значений (10 мкг/м3), даже во время блокировки. Помимо относительного веса выбросов местной промышленности, которые могли способствовать наблюдаемым умеренным изменениям концентраций PM2,5, влияние задокументированных метеорологических аномалий в течение периода (меньшая облачность, чем в среднем с марта по июнь в 2015-2019 гг.) также мог способствовать более эффективному образованию вторичного аэрозоля и, как следствие, относительно высоким концентрациям PM.
Концентрации O3 показали низкие изменения в средних межгодовых показателях в городах (среднее по ансамблю 0%), но, в отличие от PM2,5, показали важные различия между тремя городами: в Бильбао отмечен рост (+ 11%), в Доностия-Сан-Себастьян концентрации O3 остались почти неизменным ( −2%), а в Витория-Гастейс снизились (−7%). Эти изменения произошли в том же направлении, что и эффект выходных, уже наблюдаемый в исторических данных. Изменения в сельских районах показали умеренное снижение (-11%) по сравнению с относительно высокими средними концентрациями (82,1 мкг/м3) межгодовых записей. Это соответствует более низким выбросам антропогенных прекурсоров. Повсеместное сокращение в сельских районах не предотвратило пяти эпизодов О3, о которых сообщалось в течение периода, и превышения долгосрочной цели суточного 8-часового стандарта (120 мкг/м3) на всех этих участках. Одновременное превышение WHO AQG для MDA8 концентраций O3 также наблюдалось в трех городах. Эти эпизоды объясняются переносом из Франции важных фоновых уровней озона в антициклонических условиях, что увеличило местное производство.
Не обнаружены превышения лимитов WHO AQG для средних суточных концентраций PM10 и PM2,5 во время локдауна. Однако были выявлены частые эпизоды последовательных суточных значений PM2,5, превышающих годовые значения WHO AQG, и менее частые для PM10. Перенос африканской пыли, лесные пожары и антропогенные европейские сульфаты, а также более частые периоды благоприятной метеорологии для образования вторичных аэрозолей в местном региональном масштабе, по всей видимости, являются причиной наблюдаемых превышений.
Наблюдаемая реакция качества воздуха на активность и сокращение выбросов от дорожного движения в период локдауна предполагает, что результаты перехода значительной части (более 50%) автопарка на электрическую в ближайшем будущем повлияют на качество воздуха в Страны Басков, исходя из сокращений выбросов NOx. Однако уменьшение количества мелких и ультратонких фракций частиц за счет использования электромобилей, важного с точки зрения их количества, а не их массы, может означать существенное улучшение с точки зрения здоровья. Устойчивое повышение уровней PM10, PM2,5 и O3 в регионе потребует действий в различных секторах, включая промышленность, вместе с межрегиональными европейскими инициативами по разработке стратегий контроля загрязнения, основанных на межрегиональной политике.
Ограниченное количество станций мониторинга, использованных для текущего исследования, не представляет весь регион в полной мере, хотя выбранные сгруппированные городские объекты характеризуют три основных города и их периферийные коммутирующие зоны, где проживает основная часть население Страны Басков. Таким образом, ограничением наших оценок воздействия карантина COVID-19 на качество воздуха заключается в том, что за пределами досягаемости крупных городов могут быть небольшие деревни, в которых относительно низкий спад локальной промышленности мог бы привести к отсутствию значительных изменений в локальном качестве воздуха. Это может быть важно при рассмотрении диффузных выбросов, воздействия запаха или загрязнителей, не зарегистрированных в сети мониторинга.
#загрязнение воздуха #экология