[논문 리뷰] Significant reduced traffic in Beijing failed to relieve haze pollution during the COVID-19 lockdown: implications for haze mitigation

Lv Z, Xianfeng Wang외 13명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 12.

Air Quality and Health Impacts인용 수 4

한 줄 요약

중국 베이징의 코로나19 봉쇄 기간 동안 교통으로 인한 NOx가 75.9% 감소하고 VOCs가 53.1% 감소했음에도 불구하고, 대기 중 산화 능력이 증가한 불균형한 배출 감소로 인해 smog 오염이 지속되었다. 특히 주변 지역에서 두드러진 현상이었으며, 이는 2차 에어로졸 형성 증가로 이어졌다. 본 연구는 지역적 VOC 및 암모니아(NH3) 배출 감소와의 조율 없이는 현지 교통 통제 조치만으로는 smog 완화가 불가능하다고 결론내린다.

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.

연구 동기 및 목표

• 코로나19 봉쇄 기간 동안 현저하게 감소한 도로 차량 배출이 베이징 겨울 스모그 오염에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 불균형한 NOx 및 VOC 감소가 대기 중 산화 능력과 2차 에어로졸 형성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 실제 배출 변화 상황에서 도로 차량 통제 정책이 미세먼지(PM2.5) 감소에 얼마나 효과적인지 평가하기 위해.
• 심각한 교통 배출 감소에도 불구하고 스모그가 지속되는 주요 원인을 규명하기 위해.

제안 방법

• 봉쇄 전후의 일일 교통 배출를 정량화하기 위해 실시간 도로 차량 배출 목록을 개발하였다.
• 현장에서 측정한 대기질 데이터를 지역화된 화학 운반 모델(CTM)과 통합하여 대기 화학 및 에어로졸 형성 과정을 시뮬레이션하였다.
• NOx 및 VOC 전구체 변화에 따른 2차 유기 에어로졸(SOA)과 2차 무기 에어로졸(SIA)의 민감도를 분석하기 위해 비선형 화학 반응 프레임워크를 적용하였다.
• 지역 배출와 상류 지역 배출이 2차 입자 형성에 기여하는 정도를 분리하기 위해 지역 모델링 시스템을 사용하였다.
• 산화 능력 변화(예: OH 라디칼 농도)를 추적하여 2차 에어로졸 생성 증가에 기여하는 역할을 평가하였다.
• 다양한 지역에서 VOC 및 NH3 배출 통제를 동시에 시행했을 경우의 영향을 평가하기 위해 민감도 시뮬레이션을 실시하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 봉쇄 기간 동안 도로 차량 배출 감소가 베이징의 PM2.5 농도에 얼마나 영향을 미쳤는가?
• RQ2 NOx와 VOC 감소의 불균형이 대기 중 산화 능력과 2차 에어로졸 형성에 어떻게 영향을 미쳤는가?
• RQ3 현저한 현지 교통 배출 감소에도 불구하고 스모그가 왜 지속되었는가?
• RQ4 특히 주변 지역에서의 지역 배출이 봉쇄 기간 동안 2차 입자 형성 유지에 어떤 역할을 했는가?
• RQ5 VOC 및 NH3의 지역적 통제가 현지 교통 배출 통제 정책의 효과성에 어떻게 기여할 수 있는가?

주요 결과

• 봉쇄 기간 동안 베이징의 교통 배출은 NOx가 75.9% 감소(125.3 Mg/day), VOCs가 53.1% 감소(52.9 Mg/day)하였다.
• NOx와 VOC 감소의 불균형으로 인해 특히 주변 지역에서 대기 중 산화 능력이 크게 증가하였다.
• 상류 지역의 산화 능력 증가로 인해 2차 에어로졸 형성이 증가하였으며, 이는 베이징의 지속적 스모그에 기여하였다.
• 비선형 대기 화학 반응으로 인해 현지 차량 배출 감소는 2차 에어로졸 농도에 미미한 영향을 미쳤다.
• 본 연구는 2차 에어로졸 형성이 지역 전구체의 가용성에 더 민감하며, 현지 교통 통제보다 그 영향이 크다는 것을 발견하였다.
• 결과적으로, 지역적 VOC 및 NH3 통제를 동시에 시행하는 것이 현지 교통 배출 감소의 효과를 극대화하기 위해 필수적임을 시사한다.