DOI: https://doi.org/10.1038/s44407-024-00001-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40103598
تاريخ النشر: 2025-03-12
المؤلف: Ying Chen
الموضوع الرئيسي: كيمياء الغلاف الجوي والهباء الجوي
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على شدة تلوث الهواء في نيودلهي، مشيرًا إلى أن مستويات التلوث أكثر خطورة مما تم توثيقه سابقًا. ويبرز الحاجة إلى فهم شامل للعوامل التي تسهم في هذا التلوث المتزايد، والتي قد تشمل انبعاثات المركبات، والأنشطة الصناعية، وغبار البناء. تشير النتائج إلى أن التدابير الحالية قد تكون غير كافية لمعالجة أزمة جودة الهواء المتصاعدة، مما يستلزم تدخلات سياسية عاجلة ومبادرات لزيادة الوعي العام للتخفيف من الآثار الصحية السلبية المرتبطة بالتعرض المطول للهواء الملوث.
طرق
في هذه الدراسة، تم إجراء ملاحظات شاملة في الموقع للجسيمات الدقيقة (PM) بقطر أقل من 1 ميكرومتر (PM 1) في موقع كبير في نيودلهي من يناير 2017 إلى مارس 2018. تم تفصيل التركيب الكيميائي لـ PM 1 في المراجع السابقة، بينما تم الحصول على بيانات توزيع حجم عدد الجسيمات أيضًا من دراسات معتمدة. تم معايرة جميع الأدوات المستخدمة في القياسات بدقة، وخضعت مجموعات البيانات لرقابة جودة دقيقة، كما هو موضح في المقالات المرجعية.
بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على بيانات الأرصاد الجوية بالساعة من مطار إنديرا غاندي الدولي، الذي يقع على بعد 8 كم من الموقع الكبير. يُبلغ أن هذه البيانات الأرصادية قد تم التحكم في جودتها بشكل جيد وفقًا للمعايير التي وضعتها الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)، الولايات المتحدة الأمريكية. يوفر دمج هذه المجموعات من البيانات إطارًا قويًا لتحليل خصائص وسلوك PM 1 في البيئة الحضرية لنيودلهي.
نتائج
تشير النتائج إلى وجود تباينات يومية وموسمية كبيرة في تقدير تركيز كتلة PM1 في نيودلهي. خلال ساعة الذروة الصباحية في الشتاء (8-9 صباحًا)، يمكن أن يصل التقدير المنخفض إلى حوالي 20%، متزامنًا مع أعلى مستويات التلوث بسبب طبقة الحدود الكوكبية الضحلة، وزيادة الأنشطة البشرية، وارتفاع الرطوبة، مما يعزز النمو الهيدروسكوبي للجسيمات. متوسط الرطوبة النسبية (RH) خلال هذه الفترة هو 90%، مما يؤدي إلى تركيز متوسط لـ PM1 يبلغ ~250 ميكروغرام/م³، والذي يمكن تصحيحه إلى ~300 ميكروغرام/م³ بعد احتساب انحياز العينة.
في الربيع (فبراير إلى مارس)، يكون متوسط الرطوبة النسبية 80%، مما يؤدي إلى تقدير منخفض بنسبة 8.6% وتركيز مصحح لـ PM1 يبلغ ~230 ميكروغرام/م³. في المقابل، تشهد فترة الرياح الموسمية (يوليو إلى سبتمبر) رطوبة عالية (RH = 85%) ولكن عوامل نمو أقل (1.14-1.25) بسبب غسل المركبات الهيدروسكوبية من الكلوريد بواسطة الأمطار، مما يؤدي إلى أدنى مستوى من الهيدروسكوبية للهباء الجوي وتأثير ضئيل لتحول القطع على العينة. تتميز أشهر الصيف (أبريل إلى يونيو) برطوبة منخفضة (28% < RH < 50%)، مما يعيق نمو الجسيمات ويؤدي إلى أنظف جودة هواء، مع تركيز متوسط لـ PM1 يبلغ 64 ميكروغرام/م³. بشكل عام، تشير هذه النتائج إلى أن تلوث الجسيمات في نيودلهي أكثر حدة مما تم تقديره سابقًا، خاصة خلال فصول الشتاء والربيع.
مناقشة
تسلط الأبحاث الضوء على تقدير منخفض كبير لتركيزات PM1 في نيودلهي، خاصة تحت ظروف الرطوبة العالية والتلوث الشديد. تشير النتائج إلى أنه بينما يكون التقدير المنخفض عمومًا أقل من 5% عندما تكون مستويات PM1 أقل من 150 ميكروغرام/م³، يمكن أن يرتفع إلى 10-20% (10-50 ميكروغرام/م³) عندما يتجاوز PM1 200 ميكروغرام/م³. من الجدير بالذكر أنه مع زيادة الرطوبة النسبية (RH) من 65% إلى 90%، يمكن أن يرتفع التقدير المنخفض لـ PM1 بشكل كبير من حوالي 2% (5 ميكروغرام/م³) إلى حوالي 20% (50 ميكروغرام/م³). وهذا يشير إلى أن حالات التلوث الشديدة قد تكون أكثر خطورة مما كان يُفهم سابقًا، مما يستلزم تحذيرات صحية عامة معززة، خاصة خلال الفترات الرطبة، التي تحدث بشكل متكرر في نيودلهي.
تقدم الدراسة تقييمًا شاملاً للانحياز في ملاحظات PM1 بسبب النمو الهيدروسكوبي، موضحة ذلك عبر مستويات تلوث وظروف بيئية مختلفة. وتجد أن الانحياز ضئيل (<5%) عندما تكون الرطوبة النسبية أقل من 80% وغير ملحوظ خلال فترة الرياح الموسمية (<1%). ومع ذلك، يحدث تقدير منخفض متوسط كبير يبلغ حوالي 15% عندما تتجاوز الرطوبة النسبية 80%. تنسب الأبحاث هذا الانحياز العالي إلى الكلوريد الناتج عن الأنشطة البشرية، والذي يسهم بشكل كبير في محتوى الماء السائل للهباء الجوي، خاصة في أشهر الربيع والشتاء. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى مزيد من الدراسات في الموقع حول PM2.5 و PM10 للحصول على فهم أكثر شمولية لديناميات تلوث الهواء في نيودلهي ولإبلاغ استراتيجيات التخفيف بشكل فعال.
DOI: https://doi.org/10.1038/s44407-024-00001-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40103598
Publication Date: 2025-03-12
Author(s): Ying Chen
Primary Topic: Atmospheric chemistry and aerosols
Overview
The section provides an overview of the severity of air pollution in New Delhi, indicating that the levels of pollution are more critical than previously documented. It highlights the need for a comprehensive understanding of the factors contributing to this heightened pollution, which may include vehicular emissions, industrial activities, and construction dust. The findings suggest that existing measures may be insufficient to address the escalating air quality crisis, necessitating urgent policy interventions and public awareness initiatives to mitigate the adverse health impacts associated with prolonged exposure to polluted air.
Methods
In this study, comprehensive in-situ observations of fine particulate matter (PM) with a diameter of less than 1 µm (PM 1) were conducted at a supersite in New Delhi from January 2017 to March 2018. The chemical composition of PM 1 was detailed in previous references, while particle number size distribution data was also sourced from established studies. All instruments utilized in the measurements were rigorously calibrated, and the datasets underwent thorough quality control, as outlined in the referenced articles.
Additionally, hourly meteorological data were obtained from the Indira Gandhi International Airport, located 8 km from the supersite. This meteorological data is reported to be well quality controlled in accordance with standards set by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), USA. The integration of these datasets provides a robust framework for analyzing the characteristics and behavior of PM 1 in the urban environment of New Delhi.
Results
The results indicate significant diurnal and seasonal variations in the underestimation of PM1 mass concentration in New Delhi. During the winter morning rush hour (8-9 am), the underestimation can reach approximately 20%, coinciding with the highest pollution levels due to a shallow planetary boundary layer, increased human activities, and high humidity, which enhances the hygroscopic growth of particles. The average relative humidity (RH) during this period is 90%, resulting in an average PM1 concentration of ~250 µg/m³, which can be corrected to ~300 µg/m³ after accounting for sampling bias.
In spring (February to March), the average RH is 80%, leading to an 8.6% underestimation and a corrected PM1 concentration of ~230 µg/m³. In contrast, the monsoon season (July to September) experiences high humidity (RH = 85%) but lower growth factors (1.14-1.25) due to the washout of hygroscopic chloride compounds by precipitation, resulting in the lowest aerosol hygroscopicity and a negligible influence of cut-off shift on sampling. The summer months (April to June) are characterized by low humidity (28% < RH < 50%), which inhibits particle growth and results in the cleanest air quality, with an average PM1 concentration of 64 µg/m³. Overall, these findings suggest that particulate matter pollution in New Delhi is more severe than previously estimated, particularly during the winter and spring seasons.
Discussion
The research highlights a significant underestimation of PM1 concentrations in New Delhi, particularly under high humidity and severe pollution conditions. The findings indicate that while the underestimation is generally less than 5% when PM1 levels are below 150 µg/m³, it can escalate to 10-20% (10-50 µg/m³) when PM1 exceeds 200 µg/m³. Notably, as relative humidity (RH) increases from 65% to 90%, the underestimation of PM1 can rise exponentially from approximately 2% (5 µg/m³) to around 20% (50 µg/m³). This suggests that severe pollution episodes may be more critical than previously understood, necessitating enhanced public health warnings, especially during humid periods, which occur frequently in New Delhi.
The study provides a comprehensive assessment of the bias in PM1 observations due to hygroscopic growth, characterizing it across various pollution levels and environmental conditions. It finds that the bias is minimal (<5%) when RH is below 80% and negligible during the monsoon season (<1%). However, a significant average underestimation of about 15% occurs when RH exceeds 80%. The research attributes this high bias to anthropogenic chloride, which contributes substantially to aerosol liquid water content, particularly in the spring and winter months. The authors emphasize the need for further in-situ studies on PM2.5 and PM10 to gain a more holistic understanding of air pollution dynamics in New Delhi and to inform mitigation strategies effectively.