Kinas allvarliga vinterföroreningar med luftföroreningar kan förvärras av förändringar i atmosfärens cirkulation som orsakas av förlust av ishav i Arktis och ökat snöfall i Eurasien - båda orsakade av globala klimatförändringar.

Modellering och dataanalys gjord av forskare vid Georgia Institute of Technology tyder på att förändringar i havsis och snöfall har förändrat Kinas vintermonsun, hjälpa till att skapa stillastående atmosfäriska förhållanden som fångar föroreningar över landets stora befolkning och industricentra. Dessa förändringar i regionala atmosfäriska förhållanden är frustrerande ansträngningar att ta itu med föroreningar genom utsläppskontroller.

"Utsläppen i Kina har minskat under de senaste fyra åren, men det svåra vinterdiset blir inte bättre, sa Yuhang Wang, professor vid Georgia Techs School of Earth and Atmospheric Sciences. "Till största del, det beror på en mycket snabb förändring i de höga polarområdena där havsisen minskar och snöfallet ökar. Denna störning hindrar kall luft från att komma in i de östra delarna av Kina där den skulle spola ut luftföroreningarna."

Rapporteras 15 mars i journalen Vetenskapliga framsteg , forskningen sponsrades av National Science Foundation och Environmental Protection Agency. Uppsatsen presenterar ett tydligt exempel på hur storskaliga störningar orsakade av globala klimatförändringar kan ha betydande regionala effekter, och tros vara den första som kopplar havsis och snöfallsnivåer till regionala luftföroreningar.

Disproblem på östra Kinaslätten - som inkluderar huvudstaden Peking - fick först världsomspännande uppmärksamhet under vintern 2013 när ett instrument vid den amerikanska ambassaden registrerade extremt höga halter av PM 2,5-partiklar. Diset fick den kinesiska regeringen att sätta upp strikta mål för att minska utsläppen från industrin och andra källor.

Även om dessa utsläppskontroller verkar fungera, diset under december och januari fortsätter. Så Wang och kollegor Yufei Zou, Yuzhong Zhang och Ja-Ho Koo undrade om andra faktorer kan spela en roll.

Långtidsmätningar av luftkvalitet är inte tillgängliga i Kina, så forskarna var tvungna att plocka ihop uppskattningar baserade på siktmått och satellitdata. För att analysera de historiska dokumenten, de skapade ett nytt Pollution Potential Index (PPI) som använde lufttemperaturgradientavvikelser och ytvindhastigheter som en proxy för ventilationsförhållanden över östra Kina.

"När vi genererade PPI och kombinerade den med synlighetsdata, det var uppenbart att januari 2013 var långt bortom allt som någonsin hade setts innan det gick tillbaka minst tre decennier, " sade Wang. "Men under den månaden hade utsläppen inte förändrats, så vi visste att det måste finnas en annan faktor."

East China Plains består av sammankopplade bassänger omgivna av bergskedjor i väster och havet i öster, en spegelbild av det förorenade södra Kalifornien. Föroreningar som genereras av industri och fordon kan effektivt avlägsnas endast genom horisontell spridning eller genom vertikal blandning på vintern, och när dessa processer inte lyckas flytta ut stillastående luft, föroreningar byggs upp. Det verkade troligt att något hindrade ventilationen som skulle ha hållit luften renare.

Forskarna tittade sedan på klimategenskaper som havsis, snöfall, El Niños, och Stillahavsoscillationer. De genomförde huvudkomponent- och maximal kovariansanalyser och fann korrelationer mellan stillastående luftförhållanden över Kina till arktisk havsis – som nådde rekordlåg nivå hösten 2012 – och snöfall på Sibiriens övre breddgrader, som hade nått rekord högt tidigare på vintern. De använde sedan atmosfäriska modellsimuleringar för att studera hur dessa faktorer förändrar storskaliga atmosfäriska cirkulationsmönster och föroreningsventilation över östra Kina.

"Minskningen av havsisen och ökningen av snöfall påverkar den klimatologiska tryckryggen över Kina, " sa Wang. "Det plattar ut temperatur- och tryckgradienterna och flyttar den östasiatiska vintermonsunen österut, minskande vindhastigheter och skapa en atmosfärisk cirkulation som gör luften i Kina mer stillastående."

Resultaten av modellen överensstämde med observationer att Korea och Japan hade varit ovanligt kalla den vintern, medan östra Kina hade varit ovanligt varmt - båda tyder på att kallcentret hade flyttat.

Vintern 2017 såg samma faktorer, med låga halter av arktisk havsis i september 2016, högt snöfall - och kraftigt dis. Wang säger att dessa faktorer sannolikt kommer att fortsätta eftersom den globala klimatförändringen stör atmosfärens normala struktur.

"Trots ansträngningarna att minska utsläppen, vi tror att diset förmodligen kommer att fortsätta i framtiden, ", sa han. "Det här är delvis klimatdrivet nu, så det blir nog inte mycket bättre till vintern. Utsläpp är inte längre den enda orsaken till dessa förhållanden."

Wang hoppas kunna fortsätta studien med hjälp av nya data från Kinas luftkvalitetsövervakningsnätverk. Effekterna av globala klimatförändringar, han sa, kan vara unik för Kina på grund av dess geografi och känslighet för förändringar i atmosfärens cirkulationsstruktur. Även om problemet nu manifesteras i luftföroreningar, han sa att resultaten av studien borde uppmuntra nationen att fortsätta ta itu med klimatförändringar.

"Den mycket snabba förändringen i polaruppvärmningen har verkligen en stor inverkan på Kina, ", sa han. "Det ger Kina ett incitament att inte bara följa upp minskningar av luftföroreningar, och även att titta på potentialen för att minska utsläppen av växthusgaser. Vår forskning visar att minskade växthusgaser skulle hjälpa till med vinterdisproblemet."