DOI: https://doi.org/10.5194/acp-26-10115-2026
تاريخ النشر: 2026-07-21
المؤلف: Ruth M. Doherty وآخرون
الموضوع الرئيسي: كيمياء الغلاف الجوي والهباء الجوي
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثير تغير المناخ على الأوزون (O₃) والجسيمات الدقيقة (PM₂.5) عبر أوروبا، وبشكل خاص في لندن، باستخدام نهج نمذجة متكامل تحت سيناريو المسار التراكمي التمثيلي (RCP) 8.5. تستخدم الدراسة نموذج نظام الأرض HadGEM2-ES لإبلاغ نموذج WRF-EMEP4UK الإقليمي، الذي يتم تحسينه بشكل أكبر بواسطة نموذج ADMS-Urban على مستوى الشارع. تشير النتائج إلى أن درجات الحرارة المتوسطة السنوية من المتوقع أن ترتفع بأكثر من 4 °م، مما يؤدي إلى زيادات كبيرة في انبعاثات الإيزوبرين البيولوجية الصيفية، والتي بدورها ترفع مستويات O₃ في جنوب أوروبا بنسبة تصل إلى 10 ppbv خلال الصيف، بينما يشهد الشتاء انخفاضًا في مستويات O₃ بنسبة تصل إلى 8 ppbv عبر معظم أوروبا. من المتوقع أن ترتفع تركيزات PM₂.5 بنسبة 5-10 ميكروغرام لكل متر مكعب، ويرجع ذلك أساسًا إلى زيادة تكوين الهباء الجوي العضوي الثانوي الناتج عن زيادة انبعاثات الإيزوبرين.
تخلص الدراسة إلى أن تغير المناخ من المحتمل أن يزيد من مشاكل جودة الهواء المتعلقة بـ O₃ و PM₂.5 عبر معظم أوروبا القارية، على الرغم من أنه قد يحسن مستويات O₃ في أجزاء من شمال أوروبا، بما في ذلك المملكة المتحدة. تسلط النتائج الضوء على أهمية نمذجة الانبعاثات البيولوجية الحساسة للمناخ بدقة وتأثيراتها على جودة الهواء. تؤكد الأبحاث أن تحقيق إرشادات جودة الهواء لمنظمة الصحة العالمية سيكون أكثر تحديًا، خاصة بالنسبة لـ PM₂.5 وثاني أكسيد النيتروجين (NO₂) في المناطق الحضرية مثل لندن، ما لم يتم تنفيذ تخفيضات كبيرة في الانبعاثات جنبًا إلى جنب مع جهود التخفيف من تغير المناخ. تؤكد النتائج على الحاجة إلى نمذجة حضرية عالية الدقة لالتقاط ديناميات جودة الهواء المحلية بشكل فعال.
مقدمة
تستعرض مقدمة هذه الورقة البحثية التأثير الكبير لتغير المناخ على جودة الهواء الإقليمية، مع التأكيد على تداعياته على صحة الإنسان والنظم البيئية. تسلط الضوء على أن تغير المناخ يغير الظروف الجوية، مما يؤثر بدوره على الكيمياء الجوية، والانبعاثات الطبيعية، وعمليات نقل الملوثات. تشير النتائج الرئيسية إلى أن زيادة درجات الحرارة والرطوبة يمكن أن تعزز تكوين الأوزون (O₃) بينما تؤثر في الوقت نفسه على تدميره، مما يؤدي إلى تفاعلات معقدة في كل من المناطق الملوثة والنائية. تناقش الورقة أيضًا تأثير تغير المناخ على الجسيمات الدقيقة (PM₂.5)، مشيرة إلى أن ارتفاع درجات الحرارة يمكن أن يسرع من عمليات الأكسدة التي تؤثر على تركيب الهباء الجوي.
تؤكد المقدمة أيضًا على الحاجة إلى نمذجة عالية الدقة لالتقاط العلاقات المعقدة بين تغير المناخ وجودة الهواء، خاصة في البيئات الحضرية. تحدد الفجوات في الأبحاث الحالية، خاصة فيما يتعلق بثاني أكسيد النيتروجين (NO₂) وتداعيات تغير المناخ على تحقيق إرشادات جودة الهواء الصارمة التي وضعتها منظمة الصحة العالمية (WHO) في عام 2021. تهدف الدراسة إلى استخدام نهج نمذجة متداخلة متعددة المقاييس للتحقيق في كيفية تأثير تغيرات المناخ المستقبلية على التركيب الجوي عبر أوروبا، والمملكة المتحدة، ولندن، مع التركيز على المحركات الرئيسية وتداعياتها على معايير جودة الهواء.
طرق البحث
في هذه الدراسة، يتم استخدام نهج نمذجة متداخلة متعددة المقاييس لربط العمليات الإقليمية والحضرية بشكل فعال. يدمج الإطار ثلاثة مكونات رئيسية: نموذج نقل كيمياء الغلاف الجوي الإقليمي، نموذج انتشار محلي، ونموذج توقعات الطقس العددي. يتم دفع هذا التكامل بواسطة توقعات تغير المناخ العالمية المستمدة من نموذج نظام الأرض، مما يسمح بتحليل شامل للديناميات الجوية عبر مقاييس مكانية مختلفة. سيتم توضيح المزيد من التفاصيل المتعلقة بكل نموذج وآليات الربط المحددة في الأقسام اللاحقة.
مناقشة
تستعرض قسم المناقشة في الورقة البحثية المنهجيات والنماذج المستخدمة لتقييم تأثيرات تغير المناخ على جودة الهواء عبر أوروبا والمملكة المتحدة. يعد نموذج نظام الأرض HadGEM2-ES هو الأساس لتوقعات المناخ العالمية، حيث يوفر بيانات أساسية لمحاكاة إقليمية تُجرى باستخدام نموذج EMEP4UK، الذي يركز على التركيب الجوي ومقاييس جودة الهواء. يدمج هذا النموذج مكونات متنوعة، بما في ذلك نهج متداخل للمقاييس الإقليمية والحضرية، مستخدمًا نموذج WRF للمدخلات الجوية. تؤكد الدراسة على أهمية الانبعاثات البشرية المتسقة من عام 2012 لعزل تأثيرات تغير المناخ، مع الإشارة أيضًا إلى استبعاد انبعاثات حرق الكتلة الحيوية لضمان أن التباين يُنسب فقط إلى العوامل المناخية.
تشير النتائج الرئيسية إلى تغييرات كبيرة في التركيب الجوي بسبب تغير المناخ تحت سيناريو RCP 8.5. من المتوقع أن ترتفع درجات الحرارة المتوسطة القريبة من السطح بأكثر من 4 °م، مع وجود تباينات إقليمية في تركيزات الأوزون (O₃) و PM₂.₅. ومن الملاحظ أن مستويات O₃ من المتوقع أن تزيد بنسبة تصل إلى 20% في جنوب ووسط أوروبا خلال الصيف، بينما قد تنخفض تركيزات الشتاء بنسبة تصل إلى 8 ppbv. من المتوقع أن ترتفع تركيزات PM₂.₅ بنسبة تصل إلى 30% في بعض المناطق، مدفوعة بشكل أساسي بزيادة انبعاثات الإيزوبرين البيولوجية، والتي من المتوقع أن تتضاعف بسبب ارتفاع درجات الحرارة. تسلط الدراسة الضوء على التفاعل المعقد بين تغير المناخ، الكيمياء الجوية، والانبعاثات، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث لتحسين هذه التوقعات ومعالجة عدم اليقين في استجابات الانبعاثات الطبيعية.
DOI: https://doi.org/10.5194/acp-26-10115-2026
Publication Date: 2026-07-21
Author(s): Ruth M. Doherty et al.
Primary Topic: Atmospheric chemistry and aerosols
Overview
This research investigates the impact of climate change on ozone (O₃) and fine particulate matter (PM₂.5) across Europe and specifically in London, using a coupled modeling approach under the Representative Concentration Pathway (RCP) 8.5 scenario. The study employs the HadGEM2-ES Earth System Model to inform the WRF-EMEP4UK regional model, which is further refined by the street-scale ADMS-Urban model. Findings indicate that annual mean temperatures are projected to rise by over 4 °C, leading to significant increases in summer biogenic isoprene emissions, which in turn elevate O₃ levels in southern Europe by up to 10 ppbv during summer, while winter sees a decrease in O₃ levels by as much as 8 ppbv across most of Europe. PM₂.5 concentrations are expected to rise by 5-10 µg m⁻³, primarily due to enhanced secondary organic aerosol formation from increased isoprene emissions.
The study concludes that climate change is likely to exacerbate O₃ and PM₂.5 air quality issues across much of continental Europe, although it may improve O₃ levels in parts of northern Europe, including the UK. The results highlight the importance of accurately modeling climate-sensitive biogenic emissions and their effects on air quality. The research underscores that achieving the World Health Organization’s air quality guidelines will be increasingly challenging, particularly for PM₂.5 and nitrogen dioxide (NO₂) in urban areas like London, unless significant emission reductions are implemented alongside climate change mitigation efforts. The findings emphasize the need for high-resolution urban modeling to capture local air quality dynamics effectively.
Introduction
The introduction of this research paper outlines the significant impact of climate change on regional air quality, emphasizing its implications for human health and ecosystems. It highlights that climate change alters meteorological conditions, which in turn affects atmospheric chemistry, natural emissions, and pollutant transport processes. Key findings indicate that increased temperatures and humidity can enhance ozone (O₃) formation while simultaneously affecting its destruction, leading to complex interactions in both polluted and remote regions. The paper also discusses the influence of climate change on particulate matter (PM₂.5), noting that temperature rises can accelerate the oxidation processes that affect aerosol composition.
The introduction further emphasizes the need for high-resolution modeling to capture the intricate relationships between climate change and air quality, particularly in urban settings. It identifies gaps in current research, particularly regarding nitrogen dioxide (NO₂) and the implications of climate change for meeting the World Health Organization’s (WHO) stringent air quality guidelines established in 2021. The study aims to employ a multi-scale nested modeling approach to investigate how future climate changes may affect atmospheric composition across Europe, the UK, and London, focusing on key drivers and their implications for air quality standards.
Methods
In this study, a multi-scale nested modelling approach is utilized to effectively couple regional and urban-scale processes. The framework integrates three key components: a regional atmospheric chemistry transport model, a local dispersion model, and a numerical weather prediction model. This integration is driven by global change climate projections derived from an Earth System Model, allowing for a comprehensive analysis of atmospheric dynamics across different spatial scales. Further details regarding each model and the specific coupling mechanisms will be elaborated in subsequent sections.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the methodologies and models employed to assess the impacts of climate change on air quality across Europe and the UK. The HadGEM2-ES Earth System Model serves as the foundation for global climate projections, providing essential data for regional simulations conducted with the EMEP4UK model, which focuses on atmospheric composition and air quality metrics. This model integrates various components, including a nested approach for regional and urban scales, utilizing the WRF model for meteorological inputs. The study emphasizes the importance of consistent anthropogenic emissions from 2012 to isolate climate change effects, while also noting the exclusion of biomass burning emissions to ensure variability is attributed solely to climate factors.
Key findings indicate significant changes in atmospheric composition due to climate change under the RCP 8.5 scenario. Annual mean near-surface temperatures are projected to rise by over 4 °C, with regional variations in ozone (O₃) and PM₂.₅ concentrations. Notably, O₃ levels are expected to increase by up to 20% in southern and central Europe during summer, while winter concentrations may decrease by up to 8 ppbv. PM₂.₅ concentrations are projected to rise by up to 30% in certain regions, driven primarily by increased biogenic isoprene emissions, which are expected to double due to higher temperatures. The study highlights the complex interplay between climate change, atmospheric chemistry, and emissions, underscoring the need for further research to refine these projections and address uncertainties in natural emission responses.