محیط‌های شهری اکوسیستم‌های پیچیده‌ای هستند که در آن‌ها آلودگی، الگوهای آب‌وهوایی و فعالیت‌های انسانی به‌طور مداوم با یکدیگر تعامل دارند. در میان عوامل متعددی که اقلیم شهری را شکل می‌دهند، ذرات معلق در هوا نقش مهمی در تأثیرگذاری بر شکل‌گیری ابرها و تعادل تابشی دارند.
این ذرات تعیین می‌کنند که نور خورشید چگونه جذب یا منعکس شود، ابرها چگونه تشکیل شوند و حتی بارش چگونه شکل بگیرد.
تأثیر بر تنظیم اقلیم
به‌طور سنتی، تحقیقات علمی بر ذرات اولیه – یعنی آن‌هایی که مستقیماً از اگزوز وسایل نقلیه، فرآیندهای صنعتی و سایر منابع منتشر می‌شوند – متمرکز بوده است. اما ذرات جدیدی که از طریق واکنش‌های شیمیایی در جو شکل می‌گیرند، کمتر مورد توجه قرار گرفته‌اند.
با وجود نامرئی بودن این ذرات ثانویه، تأثیر چشمگیری بر تنظیم اقلیم دارند. یافته‌های اخیر نشان می‌دهند که دانشمندان ممکن است نقش آن‌ها را در سیستم‌های اقلیمی شهری دست‌کم گرفته باشند.
مطالعه‌ای که در مجله One Earth منتشر شده، شواهد محکمی ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد این ذرات جدید در مناطق شهری فرآیندهای جوی را به روش‌هایی تحت تأثیر قرار می‌دهند که پیش‌تر نادیده گرفته شده بودند. این درک جدید می‌تواند رویکردهای مدیریت کیفیت هوا و استراتژی‌های کاهش اثرات اقلیمی را تغییر دهد.
چرا ذرات شهری برای اقلیم اهمیت دارند؟
آلودگی هوای شهری یک مشکل شناخته‌شده است، اما بیشتر مطالعات بر اتفاقاتی که در سطح زمین رخ می‌دهد، تمرکز داشته‌اند.
تشکیل ذرات جدید در خود جو رخ می‌دهد و نتیجه واکنش‌های شیمیایی بین آلاینده‌ها و ترکیبات طبیعی است. این ذرات تازه تشکیل‌شده می‌توانند در اندازه رشد کنند و در نهایت بر توسعه ابرها تأثیر بگذارند، که به نوبه خود بر اقلیم محلی و منطقه‌ای اثر می‌گذارد.
شهرها انواع مختلفی از گازهای آلاینده را منتشر می‌کنند که به‌عنوان پیش‌سازهای تشکیل ذرات عمل می‌کنند. هنگامی که این گازها با ترکیبات جوی ترکیب می‌شوند، ذرات جدیدی ایجاد می‌کنند که در لایه‌های مختلف جو صعود و پراکنده می‌شوند.
میزان تأثیر این ذرات بر اقلیم تاکنون به دلیل دشواری اندازه‌گیری آن‌ها در ارتفاعات مختلف، نامشخص باقی مانده است.
با درک این شکاف، محققان از روش‌های پیشرفته نظارتی استفاده کرده‌اند تا تصویری کامل‌تر از رفتار ذرات شهری به دست آورند. آن‌ها با تغییر تمرکز از مشاهدات سطح زمین به یک تحلیل جامع‌تر عمودی، بینش‌های جدیدی در مورد چگونگی تغییر فرآیندهای تشکیل ذرات در ارتفاعات مختلف به دست آورده‌اند.
نقش ارتفاع در تشکیل ذرات
محققان مطالعه خود را با استفاده از یک برج هواشناسی ۳۲۵ متری در پکن انجام دادند که یکی از بلندترین سکوهای تحقیقاتی جوی در جهان محسوب می‌شود.
این برج به تیم تحقیقاتی اجازه داد تا تشکیل ذرات را در ارتفاعات مختلف اندازه‌گیری کنند و درک واضح‌تری از تفاوت این فرآیندها در سطوح مختلف جو ارائه دهند.
یافته‌ها نشان دادند که تشکیل ذرات در ارتفاعات بالاتر بسیار بیشتر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد. عواملی مانند افزایش غلظت اسید سولفوریک و رطوبت نسبی بالاتر، به رشد ذرات در لایه‌های فوقانی جو شهری کمک می‌کنند.
این موضوع نشان می‌دهد که پویایی آلودگی هوا در شهرها بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که اندازه‌گیری‌های سطح زمین نشان داده‌اند.
تصویر کامل‌تری از پویایی ذرات شهری
“افزایش تشکیل ذرات در ارتفاعات بالا نشان می‌دهد که در حالی که اندازه‌گیری‌های سطح زمین اطلاعات ارزشمندی ارائه می‌دهند، اما ممکن است تصویر کاملی از پویایی ذرات، به‌ویژه در مناطق پرجمعیت، ارائه نکنند”، گفت وی دو، نویسنده اصلی این مطالعه.
با تجزیه‌وتحلیل ذرات در ارتفاعات مختلف، محققان کشف کردند که لایه‌های بالایی جو به‌عنوان مناطق فعال برای تشکیل ذرات جدید عمل می‌کنند.
این یافته‌ها نشان می‌دهند که سیاست‌گذاران و دانشمندان هنگام ارزیابی آلودگی هوا و تأثیرات اقلیمی، باید حرکت عمودی هوا را در نظر بگیرند.
ذرات شهری و تشکیل ابر
ابرها نقش حیاتی در تنظیم اقلیم زمین ایفا می‌کنند، زیرا نور خورشید را منعکس کرده و رطوبت را در جو توزیع می‌کنند.
فرآیند تشکیل ابر به هسته‌های میعان ابر (CCN) بستگی دارد که سطوحی را برای میعان بخار آب و تبدیل آن به قطرات فراهم می‌کنند. بسیاری از این هسته‌ها از ذرات تازه تشکیل‌شده در جو منشا می‌گیرند.
هنگامی که گازهای آلاینده به ارتفاعات بالاتر صعود کرده و با مواد شیمیایی جو واکنش می‌دهند، به رشد این ذرات کوچک کمک می‌کنند. با افزایش اندازه، این ذرات در جذب بخار آب و تشکیل ابر مؤثرتر می‌شوند.
مطالعه نشان داد که تأثیر ذرات جدید بر CCN حدود ۲۰٪ کمتر از مقدار واقعی تخمین زده شده بود. این موضوع نشان‌دهنده نیاز به مدل‌های اقلیمی دقیق‌تری است که رفتار عمودی ذرات را در نظر بگیرند.
توانایی این ذرات در تأثیرگذاری بر تشکیل ابرها به این معنی است که آن‌ها بر تنظیم دما و الگوهای بارندگی نیز تأثیر می‌گذارند. این مسئله پیامدهای گسترده‌ای برای اقلیم شهری دارد که پیش‌تر نیز به دلیل افزایش آلودگی و تغییرات جهانی اقلیمی، دستخوش تغییر شده است.
پیامدهای این مطالعه برای سیاست‌های اقلیمی شهری
یافته‌های این مطالعه فراتر از کشفیات علمی هستند و کاربردهای عملی مهمی دارند. شهرهای سراسر جهان با چالش‌های مربوط به آلودگی هوا و تغییرات اقلیمی مواجه‌اند، بنابراین ضروری است که سیاست‌هایی توسعه یابند که پیچیدگی کامل فرآیندهای جوی را در نظر بگیرند.
با درک نحوه رفتار ذرات جدید در ارتفاعات مختلف، برنامه‌ریزان شهری و سیاست‌گذاران می‌توانند استراتژی‌های مؤثرتری برای مدیریت آلودگی و کاهش اثرات اقلیمی ایجاد کنند.
“همان‌طور که شهرها به مقابله با چالش‌های آلودگی هوا و تغییرات اقلیمی ادامه می‌دهند، درک پروفایل‌های عمودی فرآیندهای جوی می‌تواند به توسعه استراتژی‌های مؤثرتری برای کاهش اثرات آن‌ها بر اقلیم و سلامت عمومی کمک کند”، وی دو اشاره کرد.
یک رویکرد همکاری‌محور
این مطالعه نتیجه همکاری بین مؤسسات برجسته‌ای از جمله دانشگاه هلسینکی و آکادمی علوم چین بود.
دانشمندانی از رشته‌های مختلف در این تحقیق مشارکت داشتند و اهمیت همکاری‌های بین‌المللی در مقابله با چالش‌های اقلیمی را نشان دادند.
“برج هواشناسی ۳۲۵ متری پکن یک سکوی تحقیقاتی منحصر‌به‌فرد برای علم جو و اقلیم در کلان‌شهرها است. ما خوشحالیم که با شرکای بین‌المللی همکاری می‌کنیم تا با تغییرات اقلیمی مقابله کنیم”، گفت یله سان، استاد آکادمی علوم چین.
گسترش تحقیقات اقلیمی
با گسترش دامنه تحقیقات اقلیمی و در نظر گرفتن اندازه‌گیری‌های عمودی، دانشمندان درک کامل‌تری از نحوه رفتار ذرات جوی شهری و تأثیر آن‌ها بر اقلیم به دست می‌آورند.
این بینش‌ها می‌توانند سیاست‌های اقلیمی آینده را شکل دهند و به شهرها در سازگاری با تغییرات محیطی کمک کنند، درحالی‌که کیفیت هوا را برای میلیون‌ها نفر بهبود می‌بخشند.
با ادامه تحقیقات، نظارت بلندمدت کلید بهبود مدل‌های اقلیمی و شناسایی راه‌حل‌های مؤثرتر برای کنترل آلودگی خواهد بود.
این مطالعه گامی مهم در این راستا محسوب می‌شود و بر ضرورت فراتر رفتن از مشاهدات سطح زمین و بررسی کامل جو تأکید دارد.
این مطالعه در مجله One Earth منتشر شده است.
