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Jul 17, 2023

Nuit augmentée

Nature Geoscience volume 16, pages 217-223 (2023)Citer cet article 7425 Accès 4 Citations 108 Altmetric Metrics détaille les oxydes d'azote (NOx = NO + NO2) émis par la combustion et les sources naturelles

Nature Geoscience volume 16, pages 217-223 (2023)Citer cet article

7425 Accès

4 citations

108 Altmétrique

Détails des métriques

Les oxydes d'azote (NOx = NO + NO2) émis par la combustion et les sources naturelles sont des gaz réactifs qui régulent la composition de l'atmosphère terrestre. L'oxydation nocturne provoquée par les radicaux nitrate est un processus important mais mal compris dans la chimie atmosphérique, affectant la durée de vie des NOx et de l'ozone ainsi que les niveaux de pollution particulaire. Comprendre les tendances des radicaux nitrates est important pour formuler des stratégies efficaces d’atténuation de la pollution et comprendre l’influence des NOx sur le climat. Nous analysons ici les données de surveillance accessibles au public sur les NOx et l'ozone pour évaluer les taux de production et les tendances des radicaux nitrate de surface de 2014 à 2021 à travers le monde. Nous montrons que les radicaux nitrate ont connu de fortes augmentations en Chine entre 2014 et 2019, mais ont présenté des diminutions modestes aux États-Unis et dans l’Union européenne. L’oxydation nocturne accélérée a réduit de 30 % la durée de vie des NOx d’été en Chine entre 2014 et 2019. Ce changement affectera fortement la formation d’ozone et aura des implications politiques pour le contrôle conjoint de la pollution par l’ozone et les particules fines.

Le radical nitrate (NO3) est l’un des principaux oxydants troposphériques et a donc un impact considérable sur les cycles chimiques atmosphériques importants pour la qualité de l’air et le climat1,2. Le NO3 est principalement une espèce nocturne formée par la réaction du dioxyde d’azote (NO2) et de l’ozone (O3). Il initie l'oxydation nocturne des composés organiques volatils (COV), en particulier des oléfines, et contribue à la production d'aérosols organiques secondaires (SOA)3,4,5. Par exemple, l’oxydation du NO3 représente en moyenne 10 à 20 % de l’AOS mondiale et pourrait être plus importante dans les zones polluées6,7,8,9. Il produit en outre des particules de nitrate inorganique par hydrolyse hétérogène du pentoxyde de diazote (N2O5)10,11. La chimie nocturne du NO3 influence la photochimie du lendemain en éliminant les oxydes d'azote (NOx) et les COV, principaux précurseurs de l'O3, et en formant du chlorure de nitryle (ClNO2), un réservoir photochimique de Cl12,13,14. Le ClNO2 agit comme une source importante de radicaux et augmente la formation d’O3 jusqu’à 7,0 parties par milliard en volume (ppbv) dans l’hémisphère Nord15. Les réactions du NO3 agissent ainsi comme une plaque tournante couplant l’évolution de deux polluants atmosphériques critiques (O3 et particules ≤ 2,5 μm de diamètre (PM2,5)) très préoccupants. Malgré leur importance, moins d’attention a été accordée aux processus nocturnes qu’aux réactions photochimiques. Plus précisément, l’augmentation actuelle de l’O3 en Chine16 et la diminution de l’O3 aux États-Unis17 pourraient provoquer des changements à grande échelle dans la chimie nocturne du NO3 et son impact dans ces régions, mais les tendances de l’ampleur ou des taux des processus d’oxydation nocturne n’ont pas été bien définies. encore évalué.

Le NO3 ayant une durée de vie courte, son impact est régulé par son processus de formation. Ainsi, nous examinons le taux de production de radicaux nitrate (PNO3 ; équation (1)) comme indicateur de la capacité d'oxydation du NO318, ici \(k_{{{\rm{NO}}}_2+{\rm{O}}_3}\ ) est la vitesse de réaction du NO2 et de l’O3. Nous utilisons du PNO3 nocturne (en moyenne entre 20h00 et 06h00, heure standard locale (lt) sur chaque site, la moitié la plus sombre du cycle journalier ; la Fig. 1 supplémentaire confirme la cohérence de l'utilisation d'une fenêtre de filtre d'heure standard locale avec les paramètres locaux. fenêtre temporelle des angles du zénith solaire) et sa tendance à évaluer l'évolution de la chimie nocturne dans une perspective mondiale sur la base d'un ensemble complet de données d'observation de surface couvrant la Chine, l'Inde, l'Union européenne et les États-Unis sur la période 2014-2021 (Méthodes) . Nous notons qu'il existe plusieurs régions non couvertes dans cette étude (telles que les régions tropicales et l'hémisphère sud) en raison du manque de réseau de surveillance, même s'il est de portée mondiale :

La figure 1a montre que le PNO3 nocturne moyen pendant la saison chaude (définie entre avril et septembre) au cours de la période 2018-2019 en Chine était de 1,07 ± 0,38 ppbv h−1, soit 155 % de plus que ceux des États-Unis, de l'Union européenne et de l'Inde. , 174 % et 37 %, respectivement (tableau de données étendu 1). Nos résultats démontrent que la chimie nocturne la plus active et la forte capacité d'oxydation nocturne se produisent en Chine par rapport à d'autres régions, un aspect de l'oxydation atmosphérique qui n'avait pas été reconnu auparavant. L’opinion conventionnelle de la chimie nocturne à la surface dans des environnements pollués est que les émissions élevées de NOx titrent fortement l’O3 et le NO3 la nuit, supprimant ainsi la chimie du NO3 dans les zones urbaines. De manière inattendue, les régions à fort taux de PNO3 sont concentrées dans des agglomérations urbaines de l’est de la Chine, avec des émissions intensives de NOx. Le PNO3 nocturne global à haute surface en Chine est déterminé par des niveaux élevés de NO2 et d'O3 nocturnes (Extended Data Fig. 1)19. En particulier, le NO2 nocturne en surface en Chine est environ deux fois supérieur à celui des États-Unis et de l’Union européenne. La température au niveau du sol ne contribue que légèrement aux différences régionales de PNO3 à travers le terme de vitesse de réaction dépendant de la température \(k_{{\mathrm{NO}}_2+{\mathrm{O}}_3}\) (Tableau de données étendu 2) . Ce terme en Chine est similaire à celui des États-Unis (3,1 × 10−17 contre 3,0 × 10−17 molécules cm−3 s−1), puisque les deux régions s'étendent sur des latitudes similaires, mais il est plus élevé en Inde (latitude inférieure et latitude plus élevée). températures) et plus faibles dans l’Union européenne (latitude plus élevée et températures plus basses).