Краткое содержание исследования
Загрязнение городского воздуха является серьезной проблемой общественного здравоохранения в мегаполисах по всему миру. Тем не менее сети мониторинга, как правило, опираются на химические датчики, которые измеряют отдельные загрязняющие вещества независимо друг от друга. В данном исследовании рассматривается дополнительный подход: использование атмосферного электрического поля, измеряемого как градиент потенциала (PG), в качестве электрического индикатора антропогенного загрязнения воздуха в Сан-Паулу, Бразилия, одном из крупнейших и наиболее загрязненных мегаполисов Южного полушария.
Исследование основано на долгосрочном наборе данных за период с февраля 2018 по декабрь 2024 года, объединяющем непрерывные измерения PG на крыше Пресвитерианского университета Маккензи с почасовыми концентрациями шести основных загрязнителей (CO, NO, NO₂, NOx, SO₂ и PM₁₀) с ближайшей станции мониторинга качества воздуха, управляемой CETESB. Периоды ясной погоды были тщательно определены с помощью двухэтапной процедуры, сочетающей наземный метеорологический отбор с фильтрацией облачности на основе спутниковых изображений GOES-16 и GOES-19, что гарантирует, что сигнал PG отражает влияние аэрозолей и загрязнения, а не метеорологических возмущений.
Анализ выявляет воспроизводимую иерархию чувствительности в связи между электрическим полем и загрязнителями воздуха. Первичные газы сгорания (оксиды азота NOx, NO и угарный газ CO) демонстрируют наиболее сильные ассоциации с PG, при этом медианные дневные корреляции Пирсона составляют порядка r ≈ 0.6. Взвешенные частицы (PM₁₀) демонстрируют более слабую и изменчивую связь. Важно, что эта зависимость сильно определяется режимом: связь PG с загрязнителями усиливается при стабильных атмосферных условиях и слабой вентиляции (как правило, ночью) и заметно ослабевает при дневном конвективном перемешивании, когда пограничный слой хорошо проветривается.
Исследование также рассматривает влияние крупномасштабных возмущений эмиссий. Во время локдауна COVID-19 2020 года, когда автомобильное движение и промышленная активность резко сократились, PG в условиях ясной погоды продемонстрировал устойчивое снижение относительно многолетней базовой линии, что является независимым электрическим свидетельством сокращения антропогенных выбросов. Дополнительно был использован метод машинного обучения на основе регрессии Random Forest для проверки предсказательной способности PG в отношении уровней загрязнения городского воздуха, что подтвердило режимно-зависимый характер связи. Эти результаты позиционируют атмосферное электрическое поле не как универсальный индикатор загрязнения, а как физически обоснованный, режимно-зависимый индикатор качества воздуха вблизи поверхности в городских условиях.
Как цитировать эту работу:
Rubén M. Romero, J.C. Tacza, Angel Vara-Vela, S. Szpigel, J.-P. Raulin, Regime-dependent sensitivity of the atmospheric potential gradient to anthropogenic air pollution in São Paulo, Brazil, Atmospheric Research, 2026, 109002, ISSN 0169-8095, https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2026.109002