[論文レビュー] Significant reduced traffic in Beijing failed to relieve haze pollution during the COVID-19 lockdown: implications for haze mitigation

Lv Z, Xianfeng Wang+13 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2020

Air Quality and Health Impacts被引用数 4

ひとこと要約

北京の新型コロナウイルス感染症封鎖期における交通によるNOx排出は75.9%削減され、VOCは53.1%削減されたが、大気中の酸化能力が上昇する不均衡な排出削減のため、黄砂汚染は依然として継続した。特に周辺地域で顕著であり、二次微粒子の生成が促進された。本研究は、地域のVOCおよびNH3排出削減を連携して行わなければ、地域交通規制のみでは黄砂の緩和は不十分であると結論づける。

ABSTRACT

The COVID-19 outbreak greatly limited human activities and reduced primary emissions particularly from urban on-road vehicles, but coincided with Beijing experiencing pandemic haze, raising the public concerns of the validity and effectiveness of the imposed traffic policies to improve the air pollution. Here, we explored the relationship between local vehicle emissions and the winter haze in Beijing before and during the COVID-19 lockdown period based on an integrated analysis framework, which combines a real-time on-road emission inventory, in-situ air quality observations and a localized chemical transport modeling system. We found that traffic emissions decreased substantially affected by the pandemic, with a higher reduction for NOx (75.9%, 125.3 Mg/day) compared to VOCs (53.1%, 52.9 Mg/day). Unexpectedly, our results show that the imbalanced emission abatement of NOx and VOCs from vehicles led to a significant rise of the atmospheric oxidizing capacity in urban areas, but only resulting in modest increases in secondary aerosols due to the inadequate precursors. However, the enhanced oxidizing capacity in the surrounding regions greatly increased the secondary particles with relatively abundant precursors, which is mainly responsible for Beijing haze during the lockdown period. Our results indicate that the winter haze in Beijing was insensitive to the local vehicular emissions reduction due to the complicated nonlinear response of the fine particle and air pollutant emissions. We suggest mitigation policies should focus on accelerating VOC and NH3 emissions reduction and synchronously controlling regional sources to release the benefits on local traffic emission control.

研究の動機と目的

• 新型コロナウイルス感染症封鎖期における道路車両排出の著しい削減が、北京の冬期黄砂汚染に与える影響を調査すること。
• NOxとVOCの削減に不均衡が生じたことが大気中の酸化能力および二次微粒子生成に与える影響を評価すること。
• 現実の排出変化下での細粒子状物質（PM2.5）削減に対する地域交通規制政策の有効性を評価すること。
• 交通排出削減が著しいにもかかわらず黄砂が持続する主な要因を特定すること。

提案手法

• 封鎖前後における交通排出量を正確に把握するため、リアルタイムの道路車両排出インventryを開発した。
• 現地での大気質モニタリングデータを地域特化型化学輸送モデル（CTM）と統合し、大気化学および微粒子生成をシミュレートした。
• 二次有機微粒子（SOA）および二次無機微粒子（SIA）へのNOxおよびVOC前駆体の変化に対する感受性を分析するため、非線形化学反応フレームワークを適用した。
• 地域モデルシステムを用いて、局所排出と上流地域排出の微粒子生成への寄与を分離した。
• 酸化能力（例：OHラジカル濃度）の変化を追跡し、二次微粒子生成の促進に果たす役割を評価した。
• 地域的にVOCおよびNH3排出を同時に制御するシナリオを想定した感度シミュレーションを実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 封鎖期における道路車両排出の削減は、北京のPM2.5濃度にどの程度の影響を与えたか？
• RQ2 NOxとVOCの削減に不均衡が生じたことで、大気中の酸化能力および二次微粒子生成にどのような影響があったか？
• RQ3 著しい地域交通排出削減にもかかわらず、なぜ黄砂が持続したのか？
• RQ4 周辺地域からの排出、特に上流地域の排出が、封鎖期における二次微粒子生成の維持に果たした役割は何か？
• RQ5 VOCおよびNH3の地域的連携規制が、地域交通排出規制の有効性にどのように影響するか？

主な発見

• 封鎖期間中、北京の交通排出はNOxで75.9%（125.3 Mg/day）削減され、VOCは53.1%（52.9 Mg/day）削減された。
• NOxとVOCの削減に不均衡が生じ、特に周辺地域で大気中の酸化能力が顕著に上昇した。
• 上流地域での酸化能力の上昇が、二次微粒子の生成を促進し、北京における持続的黄砂に寄与した。
• 大気の非線形化学反応のため、交通排出の局所的削減は二次微粒子濃度にほとんど影響を与えなかった。
• 本研究では、二次微粒子生成が局所交通規制よりも、地域の前駆体の供給に大きく依存していることが判明した。
• 結果から、VOCおよびNH3の同時地域的制御が、局所交通排出削減の恩恵を最大限に引き出すために不可欠であると示唆された。