Published September 8, 2022 | Version v1
Publication Open

Spatiotemporal characterization of aerosols and trace gases over the Yangtze River Delta region, China: impact of trans-boundary pollution and meteorology

Creators

  • 1. Jiangsu University
  • 2. Nanjing University of Information Science and Technology
  • 3. University of Science and Technology of China
  • 4. Georgia Institute of Technology
  • 5. Fudan University

Description

Abstract Background The spatiotemporal variation of observed trace gases (NO 2 , SO 2 , O 3 ) and particulate matter (PM 2.5 , PM 10 ) were investigated over cities of Yangtze River Delta (YRD) region including Nanjing, Hefei, Shanghai and Hangzhou. Furthermore, the characteristics of different pollution episodes, i.e., haze events (visibility < 7 km, relative humidity < 80%, and PM 2.5 > 40 µg/m 3 ) and complex pollution episodes (PM 2.5 > 35 µg/m 3 and O 3 > 160 µg/m 3 ) were studied over the cities of the YRD region. The impact of China clean air action plan on concentration of aerosols and trace gases is examined. The impacts of trans-boundary pollution and different meteorological conditions were also examined. Results The highest annual mean concentrations of PM 2.5 , PM 10 , NO 2 and O 3 were found for 2019 over all the cities. The annual mean concentrations of PM 2.5 , PM 10 , and NO 2 showed continuous declines from 2019 to 2021 due to emission control measures and implementation of the Clean Air Action plan over all the cities of the YRD region. The annual mean O 3 levels showed a decline in 2020 over all the cities of YRD region, which is unprecedented since the beginning of the China's National environmental monitoring program since 2013. However, a slight increase in annual O 3 was observed in 2021. The highest overall means of PM 2.5 , PM 10 , SO 2 , and NO 2 were observed over Hefei, whereas the highest O 3 levels were found in Nanjing. Despite the strict control measures, PM 2.5 and PM 10 concentrations exceeded the Grade-1 National Ambient Air Quality Standards (NAAQS) and WHO (World Health Organization) guidelines over all the cities of the YRD region. The number of haze days was higher in Hefei and Nanjing, whereas the complex pollution episodes or concurrent occurrence of O 3 and PM 2.5 pollution days were higher in Hangzhou and Shanghai. The in situ data for SO 2 and NO 2 showed strong correlation with Tropospheric Monitoring Instrument (TROPOMI) satellite data. Conclusions Despite the observed reductions in primary pollutants concentrations, the secondary pollutants formation is still a concern for major metropolises. The increase in temperature and lower relative humidity favors the accumulation of O 3 , while low temperature, low wind speeds and lower relative humidity favor the accumulation of primary pollutants. This study depicts different air pollution problems for different cities inside a region. Therefore, there is a dire need to continuous monitoring and analysis of air quality parameters and design city-specific policies and action plans to effectively deal with the metropolitan pollution.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

خلفية مجردة تم التحقيق في التباين الزماني المكاني للغازات النزرة المرصودة (NO 2 ، SO 2 ، O 3 ) والجسيمات (PM 2.5 ، PM 10 ) على مدن منطقة دلتا نهر اليانغتسي (YRD) بما في ذلك نانجينغ وخفي وشانغهاي وهانغتشو. علاوة على ذلك، تمت دراسة خصائص نوبات التلوث المختلفة، أي أحداث الضباب (الرؤية < 7 كم، والرطوبة النسبية < 80 ٪، و PM 2.5 > 40 ميكروغرام/م 3 ) ونوبات التلوث المعقدة (PM 2.5 > 35 ميكروغرام/م 3 و O 3 > 160 ميكروغرام/م 3 ) على مدن منطقة YRD. يتم فحص تأثير خطة عمل الهواء النظيف الصينية على تركيز الهباء الجوي والغازات النزرة. كما تم فحص آثار التلوث العابر للحدود وظروف الأرصاد الجوية المختلفة. النتائج تم العثور على أعلى تركيزات سنوية لمتوسط PM 2.5 و PM 10 و NO 2 و O 3 لعام 2019 في جميع المدن. أظهر المتوسط السنوي لتركيزات PM 2.5 و PM 10 و NO 2 انخفاضًا مستمرًا من 2019 إلى 2021 بسبب تدابير التحكم في الانبعاثات وتنفيذ خطة عمل الهواء النظيف على جميع مدن منطقة YRD. أظهر المتوسط السنوي لمستويات O 3 انخفاضًا في عام 2020 على جميع مدن منطقة YRD، وهو أمر غير مسبوق منذ بداية البرنامج الوطني الصيني للرصد البيئي منذ عام 2013. ومع ذلك، لوحظت زيادة طفيفة في O 3 السنوي في عام 2021. لوحظت أعلى المتوسطات الإجمالية لـ PM 2.5 و PM 10 و SO 2 و NO 2 فوق Hefei، في حين تم العثور على أعلى مستويات O 3 في نانجينغ. على الرغم من تدابير الرقابة الصارمة، تجاوزت تركيزات PM 2.5 و PM 10 معايير جودة الهواء المحيط الوطنية من الدرجة الأولى (NAAQS) والمبادئ التوجيهية لمنظمة الصحة العالمية (WHO) على جميع مدن منطقة YRD. كان عدد أيام الضباب أعلى في خفي ونانجينغ، في حين كانت نوبات التلوث المعقدة أو الحدوث المتزامن لأيام التلوث O 3 و PM 2.5 أعلى في هانغتشو وشانغهاي. أظهرت البيانات الموقعية لـ SO 2 و NO 2 ارتباطًا قويًا ببيانات القمر الصناعي لأداة رصد التروبوسفير (TROPOMI). الاستنتاجات على الرغم من التخفيضات الملحوظة في تركيزات الملوثات الأولية، لا يزال تكوين الملوثات الثانوية مصدر قلق للمدن الكبرى. تفضل الزيادة في درجة الحرارة والرطوبة النسبية المنخفضة تراكم O 3 ، في حين أن درجة الحرارة المنخفضة وسرعات الرياح المنخفضة والرطوبة النسبية المنخفضة تفضل تراكم الملوثات الأولية. تصور هذه الدراسة مشاكل مختلفة لتلوث الهواء في مدن مختلفة داخل المنطقة. لذلك، هناك حاجة ماسة إلى الرصد والتحليل المستمرين لمعايير جودة الهواء وتصميم سياسات وخطط عمل خاصة بالمدن للتعامل بفعالية مع التلوث الحضري.

Translated Description (French)

Résumé Contexte La variation spatio-temporelle des gaz à l'état de traces observés (NO 2 , SO 2 , O 3 ) et des particules (PM 2,5 , PM 10 ) a été étudiée dans les villes de la région du delta du Yangtsé (YRD), y compris Nanjing, Hefei, Shanghai et Hangzhou. En outre, les caractéristiques des différents épisodes de pollution, c'est-à-dire les épisodes de brume (visibilité < 7 km, humidité relative < 80 % et PM 2,5 > 40 µg/m 3 ) et les épisodes de pollution complexes (PM 2,5 > 35 µg/m 3 et O 3 > 160 µg/m 3 ) ont été étudiés dans les villes de la région YRD. L'impact du plan d'action chinois pour la qualité de l'air sur la concentration d'aérosols et de gaz à l'état de traces est examiné. Les impacts de la pollution transfrontalière et des différentes conditions météorologiques ont également été examinés. Résultats Les concentrations moyennes annuelles les plus élevées de PM 2,5 , PM 10 , NO 2 et O 3 ont été trouvées pour 2019 dans toutes les villes. Les concentrations moyennes annuelles de PM 2,5 , PM 10 et NO 2 ont montré des baisses continues de 2019 à 2021 en raison des mesures de contrôle des émissions et de la mise en œuvre du plan d'action pour la qualité de l'air dans toutes les villes de la région YRD. Les niveaux annuels moyens d'O 3 ont diminué en 2020 dans toutes les villes de la région YRD, ce qui est sans précédent depuis le début du programme national de surveillance de l'environnement de la Chine depuis 2013. Cependant, une légère augmentation de l'O 3 annuel a été observée en 2021. Les moyennes globales les plus élevées de PM 2,5 , PM 10 , SO 2 et NO 2 ont été observées sur Hefei, tandis que les niveaux les plus élevés d'O 3 ont été trouvés à Nanjing. Malgré les mesures de contrôle strictes, les concentrations de PM 2,5 et de PM 10 ont dépassé les normes nationales de qualité de l'air ambiant (NAAQS) de grade 1 et LES directives de l'OMS (Organisation mondiale de la santé) dans toutes les villes de la région YRD. Le nombre de jours de brume était plus élevé à Hefei et à Nanjing, tandis que les épisodes de pollution complexes ou l'occurrence simultanée de jours de pollution par O 3 et PM 2,5 étaient plus élevés à Hangzhou et à Shanghai. Les données in situ pour le SO 2 et le NO 2 ont montré une forte corrélation avec les données satellitaires de l'instrument de surveillance troposphérique (TROPOMI). Conclusions Malgré les réductions observées des concentrations de polluants primaires, la formation de polluants secondaires reste une préoccupation pour les grandes métropoles. L'augmentation de la température et la baisse de l'humidité relative favorisent l'accumulation d'O 3 , tandis que la basse température, la faible vitesse du vent et la baisse de l'humidité relative favorisent l'accumulation de polluants primaires. Cette étude décrit différents problèmes de pollution atmosphérique pour différentes villes d'une région. Par conséquent, il est absolument nécessaire de surveiller et d'analyser en permanence les paramètres de la qualité de l'air et de concevoir des politiques et des plans d'action spécifiques à la ville pour faire face efficacement à la pollution métropolitaine.

Translated Description (Spanish)

Antecedentes abstractos Se investigó la variación espaciotemporal de los gases traza observados (NO 2 , SO 2 , O 3 ) y las partículas (PM 2.5 , PM 10 ) en ciudades de la región del delta del río Yangtze (YRD), incluidas Nanjing, Hefei, Shanghai y Hangzhou. Además, se estudiaron las características de diferentes episodios de contaminación, es decir, eventos de neblina (visibilidad < 7 km, humedad relativa < 80% y PM 2.5 > 40 µg/m 3 ) y episodios complejos de contaminación (PM 2.5 > 35 µg/m 3 y O 3 > 160 µg/m 3 ) en las ciudades de la región YRD. Se examina el impacto del plan de acción de aire limpio de China en la concentración de aerosoles y gases traza. También se examinaron los impactos de la contaminación transfronteriza y las diferentes condiciones meteorológicas. Resultados Las concentraciones medias anuales más altas de PM 2.5 , PM 10 , NO 2 y O 3 se encontraron para 2019 en todas las ciudades. Las concentraciones medias anuales de PM 2.5 , PM 10 y NO 2 mostraron disminuciones continuas de 2019 a 2021 debido a las medidas de control de emisiones y la implementación del plan de Acción de Aire Limpio en todas las ciudades de la región YRD. Los niveles medios anuales de O 3 mostraron una disminución en 2020 en todas las ciudades de la región de YRD, lo que no tiene precedentes desde el comienzo del programa nacional de monitoreo ambiental de China desde 2013. Sin embargo, en 2021 se observó un ligero aumento del O 3 anual. Las medias generales más altas de PM 2.5 , PM 10 , SO 2 y NO 2 se observaron en Hefei, mientras que los niveles más altos de O 3 se encontraron en Nanjing. A pesar de las estrictas medidas de control, las concentraciones de PM 2.5 y PM 10 superaron las normas nacionales de calidad del aire ambiente (NAAQS) de grado 1 y las directrices de la OMS (Organización Mundial de la Salud) en todas las ciudades de la región de YRD. El número de días de neblina fue mayor en Hefei y Nanjing, mientras que los episodios complejos de contaminación o la aparición simultánea de días de contaminación de O 3 y PM 2,5 fueron mayores en Hangzhou y Shanghai. Los datos in situ para SO 2 y NO 2 mostraron una fuerte correlación con los datos satelitales del Instrumento de Monitoreo Troposférico (TROPOMI). Conclusiones A pesar de las reducciones observadas en las concentraciones de contaminantes primarios, la formación de contaminantes secundarios sigue siendo una preocupación para las grandes metrópolis. El aumento de la temperatura y la menor humedad relativa favorecen la acumulación de O 3 , mientras que la baja temperatura, las bajas velocidades del viento y la menor humedad relativa favorecen la acumulación de contaminantes primarios. Este estudio muestra diferentes problemas de contaminación del aire para diferentes ciudades dentro de una región. Por lo tanto, existe una necesidad imperiosa de monitorear y analizar continuamente los parámetros de calidad del aire y diseñar políticas y planes de acción específicos de la ciudad para hacer frente de manera efectiva a la contaminación metropolitana.

Files

s12302-022-00668-2.pdf

Files (5.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:5a92ce5bad78ab531ad48bf41400241e
5.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التوصيف المكاني والزماني للهباء الجوي والغازات النزرة فوق منطقة دلتا نهر اليانغتسي، الصين: تأثير التلوث عبر الحدود والأرصاد الجوية
Translated title (French)
Caractérisation spatio-temporelle des aérosols et des gaz à l'état de traces dans la région du delta du Yangtsé, en Chine : impact de la pollution transfrontalière et de la météorologie
Translated title (Spanish)
Caracterización espaciotemporal de aerosoles y gases traza sobre la región del delta del río Yangtze, China: impacto de la contaminación transfronteriza y meteorología

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4295458466
DOI
10.1186/s12302-022-00668-2

Is supplement to
https://openalex.org/W2383322449 (Other)
https://openalex.org/W2381531667 (Other)
https://openalex.org/W2377808188 (Other)
https://openalex.org/W2374467398 (Other)
https://openalex.org/W2370428053 (Other)
https://openalex.org/W2364139172 (Other)
https://openalex.org/W2364071958 (Other)
https://openalex.org/W2360419609 (Other)
https://openalex.org/W2360242884 (Other)
https://openalex.org/W2358373474 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1485504984
  • https://openalex.org/W1982296278
  • https://openalex.org/W1985621115
  • https://openalex.org/W2032412409
  • https://openalex.org/W2036302056
  • https://openalex.org/W2082481714
  • https://openalex.org/W2085936875
  • https://openalex.org/W2107520768
  • https://openalex.org/W2209794652
  • https://openalex.org/W2402894798
  • https://openalex.org/W2463416736
  • https://openalex.org/W2535238616
  • https://openalex.org/W2561091117
  • https://openalex.org/W2564696446
  • https://openalex.org/W2575591472
  • https://openalex.org/W2581321420
  • https://openalex.org/W2754940949
  • https://openalex.org/W2784284461
  • https://openalex.org/W2796294595
  • https://openalex.org/W2883095117
  • https://openalex.org/W2896940440
  • https://openalex.org/W2898639483
  • https://openalex.org/W2901019954
  • https://openalex.org/W2908510209
  • https://openalex.org/W2909413684
  • https://openalex.org/W2914017751
  • https://openalex.org/W2946245707
  • https://openalex.org/W2994121988
  • https://openalex.org/W2996151593
  • https://openalex.org/W3008599913
  • https://openalex.org/W3008949811
  • https://openalex.org/W3021032929
  • https://openalex.org/W3023188389
  • https://openalex.org/W3032725109
  • https://openalex.org/W3047303893
  • https://openalex.org/W3065883584
  • https://openalex.org/W3093692105
  • https://openalex.org/W3094270795
  • https://openalex.org/W3096585341
  • https://openalex.org/W3103621885
  • https://openalex.org/W3108036401
  • https://openalex.org/W3116337703
  • https://openalex.org/W3120584496
  • https://openalex.org/W3129014038
  • https://openalex.org/W3143189367
  • https://openalex.org/W3158983413
  • https://openalex.org/W3166051899
  • https://openalex.org/W3169114236
  • https://openalex.org/W3171813475
  • https://openalex.org/W3172180303
  • https://openalex.org/W3183595436
  • https://openalex.org/W3203253101
  • https://openalex.org/W3205091507
  • https://openalex.org/W3210978619
  • https://openalex.org/W3211334830
  • https://openalex.org/W3212800739
  • https://openalex.org/W3212816601
  • https://openalex.org/W3215670193
  • https://openalex.org/W3216966846
  • https://openalex.org/W3217624453
  • https://openalex.org/W4200174101
  • https://openalex.org/W4205494930
  • https://openalex.org/W4205765055
  • https://openalex.org/W4207048204
  • https://openalex.org/W4213136548
  • https://openalex.org/W4285593253