La rangée supérieure d'images montre chaque région en 2005, qui avait des NOx abondants dans les zones urbaines où les émissions humaines sont élevées, conduisant à des systèmes où la formation d'ozone était contrôlée par les quantités de COV. Comme des contrôles de pollution ont été mis en place sur les émissions de NOx, d'ici 2015, les systèmes en Europe, les États Unis, et les zones urbaines d'Asie de l'Est sont devenues limitées par les NOx, ce qui signifie que des contrôles supplémentaires sur les NOx contribueraient à réduire la formation d'ozone. Avec la croissance industrielle de la dernière décennie, les résultats en Chine en dehors des grandes villes montrent une augmentation des zones en transition vers le contrôle des quantités de COV. Crédit :NASA
La pollution par l'ozone près de la surface de la Terre est l'un des principaux ingrédients du smog estival. Il n'est pas non plus directement mesurable depuis l'espace en raison de l'abondance d'ozone plus haut dans l'atmosphère, ce qui obscurcit les mesures de l'ozone de surface. Une nouvelle recherche financée par la NASA a mis au point un moyen d'utiliser les mesures satellitaires des gaz précurseurs qui contribuent à la formation d'ozone pour différencier trois ensembles différents de conditions qui conduisent à sa production. Ces observations peuvent également aider les gestionnaires de la qualité de l'air à évaluer les approches les plus efficaces des programmes de réduction des émissions qui amélioreront la qualité de l'air.
Contrairement à sa présence à haute altitude où l'ozone agit comme un écran solaire de la Terre contre les rayons ultraviolets nocifs, à basse altitude, l'ozone est un danger pour la santé contribuant aux problèmes respiratoires comme l'asthme et la bronchite. Il est formé par des réactions chimiques complexes initiées par la lumière du soleil et impliquant deux types de gaz, composés organiques volatils (COV) et oxydes d'azote (NOx). Les deux sont représentés dans l'étude par un gaz majeur de chaque type, les COV formaldéhyde et NO2, qui sont mesurables depuis l'espace par l'instrument de surveillance de l'ozone néerlando-finlandais à bord du satellite Aura de la NASA, lancé en 2004.
"Nous utilisons des données satellitaires pour analyser la chimie de l'ozone depuis l'espace, " a déclaré l'auteur principal Xiaomeng Jin à l'Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de l'Université Columbia à Palisades, New York. Leurs recherches ont été publiées dans Journal of Geophysical Research :Atmosphères , une publication de l'American Geophysical Union.
Avec une combinaison de modèles informatiques et d'observations spatiales, elle et ses collègues ont utilisé les concentrations des molécules précurseurs de l'ozone pour déduire si la production d'ozone augmente davantage en présence de NOx, COV, ou un mélange des deux, pour un emplacement donné. Leurs régions d'étude se sont concentrées sur l'Amérique du Nord, Europe et Asie de l'Est pendant les mois d'été, lorsque la lumière du soleil abondante déclenche les taux les plus élevés de formation d'ozone. Pour comprendre leur impact sur la formation d'ozone, Jin et son équipe ont cherché à savoir si les COV ou les NOx étaient l'ingrédient qui limitait le plus la formation d'ozone. Si les émissions de cette molécule sont réduites, la formation d'ozone sera alors réduite, une information essentielle pour les gestionnaires de la qualité de l'air.
"Nous demandons, « Si je pouvais réduire les COV ou les NOx, lequel va me rapporter le plus pour mon argent en termes de quantité d'ozone que nous pouvons empêcher de se former dans la basse atmosphère ?", a déclaré la co-auteure et chimiste de l'atmosphère Arlene Fiore à Lamont-Doherty, qui est également membre de l'équipe des sciences appliquées de la santé et de la qualité de l'air de la NASA qui a partiellement financé ce travail et favorise la collaboration entre les scientifiques et les gestionnaires de la qualité de l'air.
Les résultats montrent que les villes d'Amérique du Nord, Europe et Asie de l'Est, sont plus souvent limités en COV ou dans un état de transition entre les COV et les NOx limités. En outre, l'enregistrement des données d'observations satellitaires sur 12 ans montre que les circonstances d'un emplacement peuvent changer. Par exemple, en 2005, la production d'ozone de la ville de New York pendant la saison chaude était limitée par les COV, mais en 2015, il était passé à un système limité en NOx en raison de la réduction des émissions de NOx résultant des contrôles mis en place aux niveaux régional et national. Cette transition signifie que les futures réductions de NOx réduiront probablement davantage la production d'ozone, dit Jin.
Les composés organiques volatils se produisent naturellement en grand volume, émis par certaines plantes, y compris certaines essences d'arbres. Ils peuvent également provenir de vapeurs de peinture, Produits de nettoyage, et pesticides, et sont un sous-produit de la combustion de combustibles fossiles dans les usines et les automobiles. Les oxydes d'azote sont un sous-produit de la combustion de combustibles fossiles et sont abondants dans les villes, produites par les centrales électriques, des usines, et voitures. Étant donné que les COV ont une importante source naturelle pendant l'été dans l'est des États-Unis, par exemple, les plans de réduction des émissions au cours des deux dernières décennies dans cette région se sont concentrés sur les NOx, qui est en grande partie produite par les activités humaines.
Les méthodes spatiales de surveillance de la chimie de l'ozone complètent les mesures de surface effectuées par les agences de gestion de la qualité de l'air. La vue depuis l'espace offre une couverture cohérente de vastes zones, et fournit des données pour les régions qui peuvent ne pas avoir de stations au sol.
