風和天氣如何影響空氣污染

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  • 作者:IQAir Staff Writers
IQAir Air Quality Map

在顯示即時污染物資訊的空氣品質地圖上,通常會包括溫度和風。但是為什麼會列出這些環境因素,它們又是如何影響空氣品質的呢?

以下是風和溫度如何與污染物互動影響空氣品質的回顧。

風如何影響空氣污染?

風可以幫助分散污染物。當污染物在一個區域上空徘徊時,風可能會將污染物分散到區域之外,並降低任何一個區域中濃度較高的污染物的濃度。[1] 這也可能會將污染物吹離其源頭 - 正如美國西部野火煙霧將顆粒污染物遠送到西歐所發生的情況一樣。

風可以幫助分散污染物。

然而,地理環境偶爾會對風散發污染物構成挑戰。如果盛行風無法越過山脈,污染物可能無法被推出山谷。在這種情況下,污染物會在山腳聚集,濃度較高,甚至產生「山谷煙囪」效應。

2009 年《地球物理研究期刊》上的一項研究2]

主要向南吹拂的山谷

聚集了城市的表面污染物,沿著山的表面流動,在城市上空形成了向北流動的

第二層

高架污染層。該污染層中的污染物可能會返回地面,對居民造成第二次影響。

雨水稀釋和凝結

雨水可以幫助稀釋高濃度的空氣污染物。由於灰塵、污垢和花粉等粗顆粒物質 (PM10) 比其他顆粒物質大且重,與較小的細顆粒物質 (PM2.5) 相比,雨水可以幫助 PM10 更快地沉降到地面。[3]

雨水可以幫助可見污染物沉降,稀釋空氣中高濃度的污染物。

雨水稀釋 PM2.5 的效果較差。中國蘭州的研究人員測量了 2005 年至 2007 年間雨水對空氣中 PM10、PM2.5 和 PM1 濃度的影響程度。[4] 特大暴雨可將較大顆粒的污染物減少一小部分,但對小於 2.5 微米的顆粒幾乎沒有影響。

當雨滴落下時,也會在稱為凝結的過程中吸引霧化的顆粒污染物。在 2015 年發表於Atmospheric Chemistry and Physics的一篇論文中,研究人員發現水滴越小,就越容易吸引懸浮微粒。

如果空氣污染源恰好是野火,大雨也有助於撲滅大火,結束煙霧排放。

炎熱的晴天會產生臭氧陰霾

夏季的炎熱會導致陰霾 - 一種最常見於城市地區的霧狀外觀。但夏季的陰霾並非像霧一樣由微小的水滴組成,而是實際上的地面臭氧,或稱煙霧。

氮氧化物二氧化氮 href="/us/newsroom/volatile-organic-compounds"> 揮發性有機化合物 (VOC) 從燃燒(通常是汽車)中排放出來,與陽光相互作用,反應生成臭氧。

[6]

由於溫暖的天氣是產生臭氧的重要因素,像洛杉磯這樣陽光充沛的城市,在煙霧嚴重的日子裡也會很辛苦。因此,哥倫比亞 波哥大法國 巴黎墨西哥 墨西哥城等一些城市限制汽車進入城市,以減少

煙霧

。當高溫超過標準並持續一段長時間時,所產生的熱浪會為危險的空氣品質條件埋下伏筆。

當熱浪來臨時,晴朗的天氣和高溫可能會對空氣品質造成額外的負面影響。

熱浪會助長野火。在 2021 年 6 月和 7 月期間,加拿大 不列顛哥倫比亞省的高溫高達 121.2 度,造成地面植被極度乾燥。當一場強烈的雷暴捲過該地區時,29,000 次照明造成該省 62 場快速移動的野火。[8,9]

Lytton 鄉村以加拿大標準的正常高溫和乾燥氣候而聞名,但卻被其中一場野火摧毀。1,000 人被疏散,2 人死亡。

野火反過來會產生煙霧和 PM2.5,這些煙霧和 PM2.5會隨著盛行風從其源頭飄移數千英里。例如,2019年亞馬遜26,000 場個別野火所產生的煙霧,可在 11,000 英哩外的巴布亞紐幾內亞 和澳洲偵測到。

溫度倒置

當談到污染時,溫暖的氣溫並不是唯一的顧慮。世界上一些污染最嚴重的日子可能與冬季重合,尤其是當一個地區容易出現溫度倒懸的情況時。

世界上一些污染最嚴重的日子可能與冬季同時出現,尤其是當某個地區容易出現溫度倒懸現象時。

當溫暖空氣形成於地面冷空氣之上時,城市或山谷上空會出現溫度或熱氣倒置現象。溫度反常會將污染封鎖在某一區域,防止污染散佈到其他地點。

反轉也可能受到城市地區熱島引起的環流影響。當建築、道路和城市基礎設施比周圍的樹木和水體吸收更多的熱量時,就會產生熱島效應。這導致城市地區的溫度高於外圍綠化地區。

根據《應用氣象學雜誌》(Journal of Applied Meteorology)在 2014 年和 2015 年進行的研究 和 Climatology ,反轉中的空氣層與都市區的熱能和污染物互動,造成嚴重的空氣污染。[10,11] 如果都市區恰好位於山谷中,空氣循環會因都市熱能和通風選項不佳而變得複雜,無法將污染物分散到島外。

位於山谷或鄰近山脈的城市,例如鹽湖城、洛杉磯、丹佛和墨西哥城,可能會因為溫度倒懸而受到嚴重污染[12,13,14,15]

冬季氣溫

寒冷的氣溫通常意味著人們必須使用燃燒取暖。對於燃燒低成本木材、煤炭和糞便的人們來說,炊事和燃料燃燒可能會導致數天的極重微粒物質污染。

在 2020 年至 2021 年的冬季,冬季燃料的選擇導致中亞的蒙古阿富汗和吉爾吉斯斯坦的城市居民面臨危險的空氣品質狀況。

在冬季,任何有燃燒木材壁爐或木材燃燒機的家庭都可能成為室內外空氣污染的來源。然而,最近的一項研究警告說,燃木機可能會對室內空氣品質構成威脅,使住宅內的空氣污染量增加三倍。[16]

2020 年發表在《Atmosphere》的一項研究檢視了英國南約克郡燃木機的使用情況。[17] 該研究的結論是,當燃木機被點燃時,平均顆粒物濃度會從每立方米 27 微克 (μg/m3) 上升到 195 μg/m3。

美國空氣品質指數將 195 μg/m3 視為「非常不健康」。

WHO AQI chart

圖示:美國空氣品質指數。資料來源:IQAir 和美國 EPA

啟示

空氣污染與天氣、風和溫度相互影響,改善或經常導致空氣品質惡化

了解環境條件及其與空氣污染的相互影響,有助於更好地瞭解導致空氣品質惡劣的原因。

文章資源

[1] Samson P. (1988). Atmospheric transport and dispersion of air pollutants associated with vehicular emissions. Air Pollution, the Automobile, and Public Health.

[2] Chen Y, et al. (2009). Aircraft study of Mountain Chimney Effect of Beijing, China. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. DOI: 10.1029/2008JD010610

[3] Yoo, JM, et al. (2014). New indices for wet scavenging of air pollutants (O3, CO, NO2, SO2, and PM10) by summertime rain. Atmospheric Environment. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2013.10.022

[4] Feng X, et al. (2011). Influence of different weather events on concentrations of particulate matter with different sizes in Lanzhou, China. Journal of Environmental Sciences. DOI: 10.1016/S1001-0742(11)60807-3

[5] Dryer A, et al. (2015). Laboratory studies of collection efficiency of sub-micrometer aerosol particles by cloud droplets on a single-droplet basis. Atmospheric Chemistry and Physics. DOI: 10.5194/acp-15-9159-2015

[6] United States Environmental Protection Agency. (2021). Trends in ozone adjusted for weather conditions.

[7] Bendix A. (2019, January 12). 15 major cities around the world that are starting to ban cars. Business Insider.

[8]

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