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Jul 17, 2023

Notte aumentata

Nature Geoscience volume 16, pagine 217–223 (2023) Cita questo articolo 7425 Accessi 4 Citazioni 108 Dettagli metriche altmetriche Ossidi di azoto (NOx = NO + NO2) emessi dalla combustione e da fonti naturali

Nature Geoscience volume 16, pagine 217–223 (2023)Citare questo articolo

7425 accessi

4 citazioni

108 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Gli ossidi di azoto (NOx = NO + NO2) emessi dalla combustione e da fonti naturali sono gas reattivi che regolano la composizione dell'atmosfera terrestre. L’ossidazione notturna guidata dai radicali nitrati è un processo importante ma poco compreso nella chimica atmosferica, che influenza la durata di vita dei NOx e dell’ozono e i livelli di inquinamento del particolato. Comprendere le tendenze dei radicali nitrati è importante per formulare strategie efficaci di mitigazione dell’inquinamento e comprendere l’influenza dei NOx sul clima. Qui analizziamo i dati di monitoraggio disponibili al pubblico su NOx e ozono per valutare i tassi di produzione e le tendenze dei radicali nitrati superficiali dal 2014 al 2021 in tutto il mondo. Mostriamo che i radicali nitrati hanno subito forti aumenti in Cina nel periodo 2014-2019, ma hanno mostrato modeste diminuzioni negli Stati Uniti e nell’Unione Europea. L’accelerazione dell’ossidazione notturna ha ridotto del 30% la durata dei NOx estivi in ​​Cina nel periodo 2014-2019. Questo cambiamento influenzerà fortemente la formazione di ozono e avrà implicazioni politiche per il controllo congiunto dell’inquinamento da ozono e da particolato fine.

Il radicale nitrato (NO3) è uno dei principali ossidanti troposferici e quindi ha un impatto sostanziale sui cicli chimici atmosferici importanti per la qualità dell’aria e il clima1,2. L'NO3 è principalmente una specie notturna che si forma dalla reazione del biossido di azoto (NO2) e dell'ozono (O3). Avvia l'ossidazione notturna dei composti organici volatili (COV), in particolare delle olefine, e contribuisce alla produzione di aerosol organico secondario (SOA)3,4,5. Ad esempio, l’ossidazione dell’NO3 rappresenta in media il 10-20% della SOA globale e potrebbe essere più importante nelle aree inquinate6,7,8,9. Produce inoltre nitrato inorganico particolato tramite idrolisi eterogenea del pentossido di diazoto (N2O5)10,11. La chimica notturna dell'NO3 influenza la fotochimica del giorno successivo rimuovendo gli ossidi di azoto (NOx) e i COV, principali precursori dell'O3, e attraverso la formazione di cloruro di nitrile (ClNO2), un serbatoio fotochimico di Cl12,13,14. ClNO2 agisce come un'importante fonte di radicali e migliora la formazione di O3 fino a 7,0 parti per miliardo in volume (ppbv) nell'emisfero settentrionale15. Le reazioni di NO3 agiscono quindi come un hub che unisce l’evoluzione di due inquinanti atmosferici critici (O3 e particolato ≤ 2,5 μm di diametro (PM2,5)) di grande preoccupazione. Nonostante la loro importanza, ai processi notturni è stata prestata meno attenzione che alle reazioni fotochimiche. Nello specifico, l’attuale aumento grave dell’O3 in Cina16 e la diminuzione dell’O3 negli Stati Uniti17 possono causare cambiamenti su larga scala nella chimica notturna dell’NO3 e nel suo impatto in queste regioni, ma le tendenze nell’entità o nei tassi dei processi di ossidazione notturna non sono state buone. valutato finora.

Poiché l'NO3 ha una vita breve, il suo impatto è regolato dal suo processo di formazione. Pertanto, esaminiamo il tasso di produzione dei radicali nitrati (PNO3; equazione (1)) come indicatore della capacità di ossidazione di NO318, qui \(k_{{\rm{NO}}}_2+{\rm{O}}_3}\ ) è la velocità di reazione di NO2 e O3. Utilizziamo il PNO3 notturno (in media tra le 20:00 e le 06:00 ora standard locale (lt) in ciascun sito, la metà approssimativa più scura del ciclo diel; la Figura 1 supplementare conferma la coerenza dell'utilizzo di una finestra di filtro dell'ora standard locale con locale finestra temporale degli angoli dello zenith solare) e la sua tendenza a valutare l'evoluzione della chimica notturna da una prospettiva globale sulla base di un set di dati completo di osservazione della superficie che copre Cina, India, Unione Europea e Stati Uniti nel periodo 2014-2021 (Metodi) . Notiamo che ci sono diverse regioni non coperte da questo studio (come le regioni tropicali e l'emisfero australe) a causa della lacuna della rete di monitoraggio, anche se è di portata globale:

La Figura 1a mostra che il PNO3 notturno medio nella stagione calda (definita come aprile-settembre) nel periodo 2018-2019 in Cina è stato di 1,07 ± 0,38 ppbv h−1, superiore del 155% a quello di Stati Uniti, Unione Europea e India , 174% e 37%, rispettivamente (Tabella dei dati estesi 1). Il nostro risultato dimostra che la chimica notturna più attiva e una forte capacità di ossidazione notturna si verificano in Cina rispetto ad altre regioni, un aspetto dell’ossidazione atmosferica che non era stato riconosciuto in precedenza. La visione convenzionale della chimica notturna a livello superficiale negli ambienti inquinati è che le elevate emissioni di NOx titolano fortemente O3 e NO3 di notte, sopprimendo così la chimica di NO3 nelle aree urbane. Inaspettatamente, le regioni con un elevato PNO3 sono concentrate nei cluster urbani della Cina orientale, con intense emissioni di NOx. Il PNO3 notturno complessivo ad alta superficie in Cina è determinato da elevati livelli notturni di NO2 e O3 (Dati estesi, Fig. 1)19. In particolare, la superficie notturna di NO2 in Cina è circa il doppio di quella degli Stati Uniti e dell’Unione Europea. La temperatura a livello del suolo contribuisce solo leggermente alle differenze regionali nel PNO3 attraverso il termine della velocità di reazione dipendente dalla temperatura \(k_{{\mathrm{NO}}_2+{\mathrm{O}}_3}\) (Tabella dati estesa 2) . Questo termine in Cina è simile a quello degli Stati Uniti (3,1 × 10−17 contro 3,0 × 10−17 molecole cm−3 s−1), poiché entrambe le regioni si estendono su latitudini simili, ma è più elevato in India (latitudine inferiore e latitudine superiore). temperature) e più basse nell’Unione Europea (latitudine più alta e temperature più basse).