Nya metoder för att testa och simulera luftkvalitet bör övervägas för att hjälpa beslutsfattare att få en mer exakt förståelse för hur utsläpp påverkar luftföroreningsnivåer, ny forskning tyder på.

I en recension publicerad i Journal of the Air &Waste Management Association , författarna hävdar att nuvarande luftkvalitetsmodelleringssystem som används i USA för att utföra simuleringar för att hjälpa oss att förstå hur föroreningar reagerar i atmosfären måste hitta en balans mellan tillräcklig kemisk detalj och onödiga spekulationer för att ge korrekta resultat för att förbättra luftkvaliteten.

Det nya dokumentet ger rekommendationer för hur man producerar mer exakta beskrivningar av atmosfäriska kemiska reaktioner, och i sin tur luftkvalitetssimuleringar, i kampen för att minska farliga utsläpp.

Produktion av luftföroreningar från motorfordon, industriella kraftverk, och fossila bränsleutsläpp bestäms av komplexa kemiska reaktioner. För att exakt simulera luftföroreningar, luftkvalitetsmodeller löser uppsättningar ekvationer som matematiskt beskriver de fysiska och kemiska processer som reglerar utsläppen i atmosfären. Huvudförfattaren professor William Stockwell från University of Texas i El Paso förklarar, noggranna simuleringar av luftföroreningar kräver uppdaterade och noggranna beskrivningar av de kemiska processerna för atmosfärens förändrade kemiska regimer och nya föroreningar som oroar.

Forskare jämförde nuvarande tekniker som används för att beskriva atmosfäriska kemiska reaktioner mot mer historiska tekniker. De fokuserade sin jämförelse på tekniker som används i en tredimensionell modell som vanligtvis används av miljöbyråer för att simulera ozon, partiklar, och atmosfäriska syrakoncentrationer, och utveckla effektiva utsläppsminskningsstrategier.

Enligt översynen, tidig utveckling (1970-2000) av tekniker för att beskriva kemiska reaktioner i atmosfären innebar att man lägger till en kemisk reaktion en efter en i den matematiska beskrivningen, var och en följt av laboratorietester med användning av en miljökammare, och att jämföra simuleringarna med resultaten. "Vi anser att detta är en" bottom-up "-metod, säger Stockwell.

I jämförelse, de nuvarande teknikerna för att beskriva atmosfäriska reaktioner kallas en "top-down" -metod och involverar att först skapa mycket komplexa matematiska beskrivningar av kemiska reaktioner före testning och sedan förenkla dem för användning i en luftkvalitetsmodell.

Forskarna blev både förvånade och bekymrade över att finna att top-down-metoden har varit allmänt förespråkad för att utesluta "bottom-up" -metoden "för att uppdatera beskrivningarna av kemin som används för luftkvalitetsmodellering.

Stockwell hävdar att starta utvecklingen av den matematiska beskrivningen av kemin med ett mycket stort antal reaktioner som inte är väl testade i laboratoriet, kan lägga till en onödig mängd osäkerhet i beskrivningen av kemin i modellen som, i tur och ordning, kan påverka modellens effektivitet vid simulering av luftföroreningar.

Istället, forskarna föreslår att luftkvalitetsmodeller skulle vara mer exakta om beskrivningarna av atmosfäriska kemiska reaktioner utvecklades genom en kombination av bottom-up och top-down-tekniker, d.v.s. lägga till en reaktion eller en liten grupp reaktioner till den matematiska beskrivningen (bottom-up-teknik), följt av testning mot mer komplexa matematiska beskrivningar (uppifrån och ned) och en slutlig förenkling för inmatning av luftkvalitetsmodeller.

Forskarna rekommenderar också att mer uppmärksamhet bör ägnas åt alternativa tekniker för att producera de ekvationer som matematiskt beskriver de kemiska processerna för luftkvalitetsmodellering, såsom användning av informatik och luftkvalitetsmodelleringssystem som bättre karakteriserar osäkerheten i deras simuleringar.