文摘

我们雇佣一个嵌套的全球和区域气候模型系统,与区域和城市空气质量的化学运输模型利用详细的库存现在和未来排放,研究的相对影响气候变化和变化的空气污染物排放对空气质量和人口暴露在斯德哥尔摩,瑞典。我们表明,气候变化略微影响空气质量在20年期间的研究。一个暴露评估显示,斯德哥尔摩的人口不能预计要低得多₂暴露在未来,主要是由于当地降低氮氧化物的排放。臭氧接触也只能轻微降低,由于市中心的浓度增加和减少浓度在郊区。臭氧浓度的增加是当地降低氮氧化物排放的结果,减少了滴定远程运输的臭氧。最后,我们评估计划的后果公路运输项目未来的空气质量在斯德哥尔摩。建设一个非常大的分流道路(包括欧洲最大的高速公路隧道之一)只会略微影响总人口曝光,这自从改善空气质量在市中心将辅以郊区的空气质量恶化,居民区。

1。介绍

全球空气污染每年造成超过200万过早死亡(1]。今天大多数的世界人口居住在城市。城市规划的一个最具挑战性的任务是应对要求高效的运输系统增加的城市人口也不用担心不利的健康影响空气质量差。欧洲空气污染指示状态,如果一个计划将导致超过数点空气质量限制的价值,它不应该被执行。估计未来的空气质量是基于空气质量分散模型使用假设未来空气污染物的排放。然而,未来空气质量不仅排放的问题。城市规划者也需要考虑为了充分评估气候变化对环境的影响(水和空气质量),当地气候(热浪、雨水、河流洪水事件),并对人口健康的影响。这就要求更高的空间分辨率比可以从全球气候建模(2]。降尺度的全球气候模型对当地尺度已经完成评估对土地利用的影响(3],农业潜力[4),雨事件、径流和当地气象(5]。气候变化的影响在欧洲空气质量水平已经在先前的研究调查,例如,(6,7),但更大的影响将在城市和在污染事件(8]。研究解决气候变化对城市空气质量的影响和人口暴露只是最近出版的。马哈茂德et al。9)评估未来的加州颗粒物的暴露水平。

在这个工作我们研究未来气候变化对城市空气质量的作用和比较它与排放变化的影响在欧洲和在一个特定的城市地区,即瑞典斯德哥尔摩。我们比较未来2030年城市背景的空气污染水平与当前水平(会于长滩举行2010年)。我们也评估不同的交通解决方案对未来城市空气质量的影响。对空气质量和人口暴露的影响道路交通的情况下,构造新的旁路公路,比较的参考情况不创建新的道路。比较时为2030年路项目应该完成。

2。方法

图1概述如何不同的输入和模型耦合在目前的研究结果。下文中我们明确地讨论一些重要的步骤在我们未来空气质量的分析和人口暴露在斯德哥尔摩。

2.1。气候情况

评估当前和未来的气候在斯德哥尔摩我们利用欧洲气候罗斯比中心提供的数据(5]。罗斯比中心完成了一套区域气候模拟气候缩小规模,提供更多的细节在欧洲比全球气候模型(GCMs)。区域气候模拟地址一系列不确定性的预测未来气候通过研究不同的气候情况(即在欧洲。,greenhouse gas concentrations), utilizing different global climate models as drivers of the regional climate model (RCM), taking into account different initial states and different climate sensitivities of the global climate models. The largest spread in the regional climate projections originates from varying the driving GCM. For our air quality simulations we will use climate downscaling of two different GCMs (ECHAM5 A1B-r3和HadCM3 A1B-refcf。Kjellstrom et al。5)覆盖的一些固有的不确定性预测未来的气候。三维区域气候数据存在于模型级别每3或6小时用在空气质量模型。

为了说明预期的气候变化和intermodel差异,数字2显示了多年年平均温度和降水在斯德哥尔摩作为礼物(2009 - 2011)和未来(2029 - 2031)的气候。我们注意到,ECHAM5 A1B-r3和HadCM3 A1B-ref特性的当地气温明显升高,降水变化小(ECHAM5 A1B-r3)或略有增加(HadCM3 A1B-ref);这两种趋势都符合长远未来趋势温暖和湿润的气候在斯堪的那维亚Kjellstrom报道et al。5]。短期平均时间只三年有限的时间间隔只有20年,导致自然气候年际变化掩盖了长期趋势。风速的变化并不显著的两个气候缩小规模。

2.2。空气质量在欧洲规模

模拟现在和未来空气质量在欧洲,我们使用区域化学传输模式(CTM)匹配10,11)由气象(降水每3小时更新一次,所有其他参数每6小时)从区域气候模型,从RCP4.5时变空气污染物的排放12],在横向与季节性变化的示踪剂浓度和顶部边界。边界是相同的在现在和未来时期;有关数值,请参见Andersson et al。11]。泛欧空气质量模拟操作在同一水平网格区域气候模型覆盖欧洲50公里分辨率但使用15 ~ 6公里的模型级别。设置最近评估(13),认为中医模拟使用气候模型输出能够捕获的观察到分布的主要功能表面O₃在欧洲,尽管空间相关性较低相比,使用气象数据受到观测结果。更多细节的设置可以在安德森和Engardt7]。RCP4.5排放在全球可用0.5°×0.5°网格从1960年到2100年每10年。RCP4.5场景假定所有国家减少排放以应对一个共享的价格体系为温室气体在不同气体价格根据其全球变暖潜力12]。驱动机构,欧洲NOx排放的大量减少,预计在2010年至2030年之间,从26日Tg的一年⁻¹2010年21 Tg的一年⁻¹2030年,cf。表1。

2.3。空气质量在斯德哥尔摩缩小规模

斯德哥尔摩降尺度空气质量执行的操作是一个高分辨率的设置将被迫与插值区域气候的气象模型;方法遵循Gidhagen et al。14]。城市空气质量模拟带边界concentrations-including顶级boundary-every泛欧设置三个小时的比赛。评估未来没有₂阿,₃水平城市降尺度在102×102公里了²地区还包括斯德哥尔摩市区和斯德哥尔摩北部的乌普萨拉市(图3)。水平分辨率是2公里,垂直分辨率与欧洲相同设置,模型层最低的是60米厚。PM₁₀,没有₂和O₃暴露评估是通过缩小规模较小的36×30公里²域与1公里空间分辨率(域也显示在图3)。对点₁₀我们不存在自欧洲总浓度比例模型只能模拟二次无机气溶胶的倾向,不项目将来会发生什么重要的点质量如有机气溶胶和海盐。然而,由于降尺度在斯德哥尔摩涉及主点和我们获得一个高质量的排放清单为现在和未来的时间,我们可以为不同的项目的变化点暴露在斯德哥尔摩发射的场景。

2.4。城市温室气体排放

详细的地方排放数据库管理和每年更新一次。它包括斯德哥尔摩两县和乌普萨拉,占地约30直辖市和ca 200万居民。15]。交通总量的估计主要是基于原位测量。这样的测量不同种类:定期自动交通计数由当地交通和街道有关部门在市、自动交通指望由瑞典国家公路管理局主要道路,和手动流量的调查卷。车辆组成变化和时间变化的交通卷被描述为不同的道路类型。现在和未来的车辆组成和汽车废气排放的因素是基于瑞典阿耳特弥斯模型的应用程序(16]。除了车辆废气排放有很大nontailpipe颗粒物的排放是因为穿的路面,刹车和轮胎。在斯德哥尔摩nontailpipe排放控制和排放因素估计基于局部测量(17,18]。

当地空气污染排放在斯德哥尔摩条件描述了三种不同的情况:(a)(2010)现状,(b)(2030)的未来场景的新交通道路,和(c)(2030)的未来场景没有旁路。交通道路主要是地下公路隧道(21公里)。排放被描述为所有重要领域但排放在三种情况下的差异仅仅是由于道路交通排放的差异。交通预测未来场景从国家获得交通预测模型系统被称为samper [19];旅游需求预测工具。samper是基于旅游询问和描述了传输使用汽车、公共交通、自行车、步行取决于距离,目的地,可用不同的交通系统等等。它还包括一个模型,认为人民愿意为了占纳税,例如,在斯德哥尔摩市中心交通拥堵税(20.]。交通预测是基于假设的未来发展,涉及许多不确定因素。可能的最大的不确定性是由于输入数据,如假设未来经济发展、工资、汽车保有量等等(21]。samper模型本身的不确定性(由于模型,不是由于输入数据的假设)被评估使用引导方法(22]。东德(bes) Hugosson [22发现95%置信区间是±8%±11%的总交通量在路上学习的链接。但不确定性在旅游需求的差异在两个交通场景中没有评估。一些输入数据的不确定性(如经济发展)可能不那么重要的交通容量的差异两种不同的前景,因为这样的输入将相同的两种不同的前景。

没有交通道路的两个场景,有相同的土地使用(例如,对居民区的位置)。与绕过现有的道路交通拥堵税区扩展,包括征税市内绕城高速公路。这个额外的税收扩展不包括在该方案中没有绕过路的动机是,一定有办法绕过斯德哥尔摩无需支付税。减少当地的氮氧化物排放在两个时期之间,估计交通计划更新的舰队和更严格的汽车排放限制,预计将在40%左右(cf表1)。

2.5。人口暴露

虽然未来城市规划的环境影响评估场景,人口暴露可以用作补充纯空气污染浓度的比较。在这项研究中我们生产使用100×100 m曝光²人口密度分辨率网格(图3基于家庭地址),2008年瑞典提供的统计数据。暴露的输出是一个加权人口分析平均风险水平为每一个场景中,连同表显示有多少人受到一定的污染水平,斯德哥尔摩,统计有多少公民将经历一个改善或恶化的空气质量在他们居住的未来某一场景。

2008年的人口数据是用来评估暴露对现在和未来的场景(未来的人口预测类似的空间精度不存在)。很明显,暴露的人数将在未来情景被低估,人口将增长。人口加权平均的优点是既考虑污染水平的分布和人口稠密地区的位置。如果人口增长主要居民区之间的重新分配,那么人口加权平均污染不会改变显著增长的人口。接触计算使用模拟浓度1×1公里²网格代表户外城市背景浓度,即没有校正了室内浓度水平是不同的。

2.6。测量方法和网站

没有/没有₂和O₃在城市测量背景站点(Torkel Knutssonsgatan)在斯德哥尔摩的市中心(图3)。Torkel Knutssonsgatan监测站位于屋顶水平(25米,接近最低的中间模型层的匹配,30米)没有直接影响到附近的排放(14,20.,23]。连续测量的啊₃基于紫外(UV)光的吸收,吸收最大254 nm(环境年代,模型42米)。没有,没有₂由化学发光测定(环境S.A.,模型AC31M)。

3所示。结果与讨论

3.1。现在和未来空气质量

空气质量模拟是102×102公里²域,包括斯德哥尔摩市区以及乌普萨拉,瑞典的第四大城市。气象学的不同组合,欧洲排放,和当地排放表进行了总结1。未来空气质量将如何演变的评价是关注城市背景水平在斯德哥尔摩的中央部分,由斯德哥尔摩的主要城市空气质量监测站,Torkel Knutssonsgatan。

图4显示了三年的空间分布平均O₃也没有₂浓度的现状(我);对未来形势与当前排放但未来气候(ii);参考情景2030年未来的排放都在欧洲和在斯德哥尔摩,但没有交通道路(iv)。虽然气候变化本身没有一个非常小的影响₂和O₃减排的浓度,显著减少未来的污染物浓度在建模领域。在现在和未来的时间₂在斯德哥尔摩浓度最高,接近亚兰达国际机场,和乌普萨拉市;主要道路和海上航线也可见。O₃是反关联没有₂和特性在斯德哥尔摩市中心浓度最低和最高浓度在东部,sea-dominated,域的一部分。空间模式反映了当地交通排放较高在斯德哥尔摩中心和相关的O₃-不化学。

数据5和6显示三年平均浓度的城市背景监测站(位置如图3),模拟水平现状进行比较测量浓度。产生的数据也显示浓度两种不同的气候情景气象驱动程序(ECHAM5 A1B-r3或HadCM3 A1B-ref),所有其他输入保持相同。总共四个不同的实验评估(cf表2):(我)现状(2009 - 2011)采用欧洲排放有效2010年以及2010年的斯德哥尔摩当地排放。(2)气候变化影响评估空气质量在斯德哥尔摩通过保留所有排放在2010年的水平,但使用该地区的气候在2030年左右和当地空气质量模拟。(3)气候变化影响的欧洲减排一起RCP4.5场景,但保留当地斯德哥尔摩排放在2010年的水平。这个实验说明预期的远程进入的空气污染水平的进化。(iv)气候变化、时变欧洲排放根据当地斯德哥尔摩RCP4.5也预期将在2030年发射的场景。

图5表明模拟的平均浓度O₃现状(我)的变化对测量水平ECHAM5 A1B-r3和HadCM3 A1B-ref模拟,但HadCM3 A1B-ref预测浓度相比高出8%ECHAM5 A1B-r3。模拟8个小时的每日最大浓度低于观察到浓度,表明气候和空气质量模拟代表现状低估了极端啊₃浓度。这种趋势也适用于模拟和测量的比较₂浓度如图6。平均模拟水平的年际变化中测量浓度,但对每小时的98百分位值,计算低估了浓度的ECHAM5 A1B-r3和HadCM3 A1B-ref模拟的现状。multimodel研究的地方ECHAM5 A1B-r3气候场景是用于评估与测量臭氧水平在1997 - 2003年在欧洲还表明,匹配模型给出了一个估计的平均臭氧水平但低估的夏季极端值(24]。

仿真与改变气候但现在(2010)欧洲空气污染排放(ii)证明气候变化的影响是较小的平均浓度,这既适用于O₃(图5),没有₂(图6)。可以看到一个更大的影响是平均每天8个小时最大O₃的浓度,它反映了潜在的更大的气候变化对极端值的影响₃。疲软的减少趋势的背景啊₃集中在北欧从2000 - 2009 - 2040 - 2049 multimodel最近的一项研究中发现24在气候变化的影响在欧洲表面O₃浓度。

欧洲的减少排放(以及其他O₃根据RCP4.5前体(12),第三,导致平均臭氧浓度略有减少。这对气候的场景都是有效的,但HadCM3 A1B-ref迫使阿强的减少₃在研究期间在斯德哥尔摩。没有₂平均值减少欧洲的影响排放量很小,比得上气候更改的效果。极端的不₂值也不是欧洲减排的影响;当地的强烈影响的结果排放,在这种情况下保持不变在2010年的水平。

最后模拟、案例四世(参见图4)包括气候变化和变化的综合效应在欧洲以及当地排放。没有₂这导致显著减少(平均水平减半)。这种情况下,当地的地方排放量减少了40%,导致臭氧浓度增加在市中心相比,目前的水平。

3.2。人口暴露

模拟的接触计算是用1×1公里²在较小的空间分辨率域覆盖36×30公里²有接近150万人口的分布如图3。这个实验利用ECHAM5 A1B-r3气象与欧洲空气污染物排放有效期为2010年或2030年。目标是量化和比较,一方面,现在和未来的空气污染水平,另一方面,评估预期的差异在未来空气质量造成两种不同的交通解决方案。

的一般特征₂和O₃浓度之间的发展现在和未来(参考场景没有路项目)更大的建模域的图4。图7显示了一年期平均没有差异₂阿,₃下午,₁₀浓度之间的两个未来的场景(有或没有绕过路)。尽管当地的排放总量和点₁₀相似的两个地方2030 -场景(见表1),排放在某些领域有相当大的变化。因为大多数的新交通道路将构造一个地下公路隧道,排放的位置将会非常不同的情况相比,高速公路在地上。大多数排放隧道通风在10到20米高的塔,与一些排放发生在隧道出口在地面水平。这个数字7浓度的差异显示的位置点态排放从地下公路的通风塔。

两种选择之间的主要区别是,将会有更少的交通排放量接近市中心的新交通道路,但这是伴随着对空气质量产生负面影响(没有₂和点₁₀)以西的城市中心。图7也说明臭氧水平anticorrelated交通诱导空气污染。应该注意的是,浓度差异很小,没有₂和O₃很少超过0.5通用汽车⁻³。对点₁₀我们可以看到效果略大,大部分城市中心的浓度降低了0.5 - -2.0g m⁻³。

表3总结了加权人口分析浓度没有₂和O₃。对于加权人口分析污染物的接触会减少从2010年到2030年;没有₂曝光减少近50%。原因是,正如前面所讨论的,预期强烈的当地道路交通减排。臭氧是低浓度的传入,背景,空气会导致减少人口加权平均暴露水平。图8没有显示所有居民可以预期低₂浓度屋外相比2030年现状。然而,尽管整体加权人口分析臭氧浓度减少,大约25%的人口将经验在未来更高的臭氧水平。原因是没有在市中心的减少破坏了啊₃在未来。表3也表明这两个未来情景的平均加权人口分析暴露略微不同,尽管他们为个人可能意味着相当大的差异。图9显示了不同的人口暴露的₂阿,₃下午,₁₀两国未来的场景,有或没有公路运输计划。的实现公路运输项目,大多数人不会经历轻微减少₂浓度与现状与道路相比,但同时轻微增加臭氧浓度。PM₁₀类似于任何水平差异₂(相同的流量来源),但是当地的影响更强,因为当地排放不会减少。图9说明了旁路不是一个有效的行动来降低空气污染暴露在斯德哥尔摩。即使有一个小的平均减少加权人口分析点₁₀曝光的0.04通用汽车⁻³,将会有超过100000人的人口份额将经历一个暴露增加0.2 - -0.4通用汽车⁻³和10多000人将经历暴露增加> 1.5通用汽车⁻³。

节中描述2,未来远程点浓度的模拟₁₀没有完全被描述在我们的建模系统,这意味着我们只能讨论变化引起的局部场景。最近的一项研究从加州9)发现,气候变化将导致一个小减少未来的点₁₀水平,比较2050年2000年的模拟条件。然而净变化在这段时间小于年际变化主要由平均风速的增加(稀释的当地来源)。他们也可以看到,高温会增加二次无机气溶胶的形成。在斯德哥尔摩气候变化条件下不同于加州,所以类似的评估在斯德哥尔摩明确的利益(瑞典也更受到主要PM排放在欧洲,所以未来的水平取决于很多减排率)。

马哈茂德et al。9)也报道未来更多的停滞期,也导致更高的极端值在当地(交通和木材燃烧)点。从我们的评估₂极端值(图6)——应该以同样的方式回应,PM10停滞conditions-responding唯一的影响气候变化,我们不能看到任何趋势在未来更高的价值。但是请注意,我们只有模拟三年,这是一个太短的结论在极端值。

4所示。结论

在本研究中我们使用区域缩小规模的两个不同的全球气候模型(ECHAM5 A1B-r3和HadCM3 A1B-ref)一起RCP4.5空气污染排放数据来评估气候变化的重要性和排放浓度的变化₃也没有₂2030年在斯德哥尔摩市区。比较模拟现状(2009 - 2011年期间的平均值)与测量显示了可接受的协议的城市背景气候实现。。气候变化的影响很小。减少未来的排放O₃在欧洲将减少O前兆₃在欧洲生产,但这种效果在一定程度上弥补半球背景浓度的增加₃(13),导致只有适度调整O₃影响城市斯德哥尔摩。

暴露评估显示,所有居民可以预期要低得多₂暴露在未来。臭氧接触会略微改变,部分原因是降低浓度在郊区和市中心的浓度增加。

我们还展示了一个非常大的公路运输项目(包括建设一个欧洲最大的高速公路隧道)只会略受影响人口的影响,自改善空气质量在市中心将辅以其他居民区空气质量恶化。

确认

这项工作一直得到SUDPLAN:可持续城市发展规划师为适应气候变化,欧洲框架计划7,ICT - 2009 6.4 ICT环境服务和适应气候变化的信息和通信技术项目,项目没有。247708年。