Влияние на тропосферния озон върху човешкото здраве при променящия се климат

Енашата дневна прогноза за приземния озон
^{Източник: Услуга за мониторинг на атмосферата на „Коперник“ (CAMS)}
Щракнете върху изображението, за да получите достъп до прогнозата

Здравни въпроси

Приземният озон засяга човешкото здраве, като уврежда дихателната и сърдечно-съдовата функция, което води до повече хоспитализации, отсъствия от училище и работа, употреба на лекарства и дори преждевременна смъртност. Краткосрочното излагане на озон е свързано с респираторни симптоми, намалена белодробна функция и възпаление на дихателните пътища; продължителна експозиция с влошена астма и повишена честота на инсулти. За разлика от вредното въздействие на тропосферния или приземния озон — озонът, който дишаме — стратосферният озон е от полза за човешкото здраве, като блокира ултравиолетовото лъчение.

Наблюдавани ефекти

Образуване на приземен озон и неговата метеорологична чувствителност

Повърхностният озон (O₃₎е вторичен замърсител, произвеждан в атмосферата в присъствието на слънчева светлина и химически прекурсори. Основните прекурсори на озона са азотните оксиди (NOx) и летливите органични съединения (ЛОС), които произхождат предимно от транспортни и промишлени дейности, които до голяма степен са свързани с градските райони. Въглеродният оксид (CO) и метанът (CH₄), отделяни от жилищни и селскостопански източници, обикновено играят незначителна роля за образуването на озон. Прекурсорите на озона могат да имат и естествен произход, като например биогенни емисии на ЛОС, емисии на NOx в почвата, емисии на CO от горски пожари и емисии на метан в биосферата (Cooper et al., 2014 г.; Monks et al., 2015 г.).

Максималните концентрации на озон обикновено се срещат на десетки километри от градските райони, където основните източници на прекурсори на озона са, за разлика от други замърсители на въздуха (като прахови частици и азотен диоксид), които до голяма степен се концентрират в градовете. Тъй като фотохимичното образуване на озон отнема няколко часа, ветровете могат да транспортират замърсяването, преди да се образува озон. Освен това някои видове NOx разграждат озона при специфични условия (т.е. в близост до източниците на емисии, през нощта или през зимата), което води до по-ниски концентрации на озон в градските центрове, където се отделят NOx. След като се образува, озонът може да се поддържа в атмосферата в продължение на дни до седмици, често преминавайки през далечен или трансграничен транспорт. Въпреки това, също и в градските - и особено в крайградските - райони, могат да се наблюдават високи нива на озон.

Тъй като генерирането на озон изисква слънчева радиация, концентрациите на озон обикновено достигат дневен максимум няколко часа след обяд. Концентрациите следват и ясно изразен сезонен цикъл, който в Европа достига своя връх между началото на пролетта и края на лятото. Зависимостта от слънчевата светлина прави озона много чувствителен към метеорологичните и климатичните колебания. Колебанието на озона от една година в друга зависи до голяма степен от това колко топло и сухо е лятото; интензивните горещи вълни могат да доведат до пикови стойности на озона. Връзката със слънчевата светлина означава, че Южна Европа обикновено има по-високи концентрации на озон, отколкото Северна Европа (ЕАОС,2022a).

Концентрации и експозиция на населението

Установено е, че годишните концентрации на озон леко са се увеличили в Европа между 2005 г. и 2019 г., докато най-високите пикове на озона са намалели (Solberg et al., 2022 г.). През 2020 г. само 19 % от всички приземни станции за мониторинг на озона в Европа са постигнали дългосрочната цел, определена в Директивата за качеството на атмосферния въздух от 2008 г., а именно максималната дневна осемчасова средна стойност да не надвишава 120 микрограма на кубичен метър (μg/m3)в рамките на една календарна година. В цяла Европа 21 държави, включително 15 държави — членки на ЕС, са регистрирали концентрации на озон над целевата стойност на ЕС за опазване на човешкото здраве (максималната дневна 8-часова средна стойност от 120 μg/m3)(ЕАОС,2022a). Делът на населението, изложено на повърхностен озон над целевите нива на ЕС, се колебае между върховата стойност от 64 % през 2003 г. и 9 % през 2014 г. (ЕАОС,2022б). Делът на населението, изложено на концентрации над краткосрочната ориентировъчна стойност на СЗО от 2021 г. (максималната дневна осемчасова средна стойност от 100 μg/m^3),се колебаеше между 93 % и 98 % през периода 2013—2020 г., без тенденция към намаляване с течение на времето.

Въздействие върху здравето

Високите нива на озон причиняват проблеми с дишането, предизвикват астма, намаляват белодробната функция и причиняват белодробни заболявания (СЗО, 2008 г.). През 2019 г. 12 253 души в 23 европейски държави са били хоспитализирани с респираторни заболявания, причинени или изострени от остра експозиция на озон. Тежестта на смъртността и заболеваемостта, причинена от излагането на нива на озон, обикновено е по-ниска в северноевропейските държави в сравнение с останалата част от Европа (ЕАОС,2022a). През 2020 г. приблизително 24 000 души в 27-те държави — членки на ЕС, са починали преждевременно поради остра експозиция на озон над 70 μg/m3. Държавите с най-високи равнища на смъртност през 2020 г., дължащи се на експозиция на озон, са Албания, Черна гора, Гърция, Босна и Херцеговина и Северна Македония, подредени по низходящ ред (ЕАОС,2022a). От 2005 г. насам няма конкретна тенденция в смъртността, свързана с приземния озон, а варирането от година на година зависи най-вече от летните температури (Solberg et al., 2022 г.).

Освен преките последици за здравето, повърхностният озон се абсорбира чрез устицата на растенията и може да окаже неблагоприятно въздействие върху културите и добивите от горското стопанство, което засяга доставките на храни. Очаква се добивите на пшеница в Европа да намалеят до 9 % през 2019 г. Що се отнася до икономическите загуби, 1,4 милиарда евро са загубени в 35 държави (ЕАОС,2022c).

Прогнозни ефекти

Бъдещи концентрации на приземен озон

Годишното вариране на концентрациите на озон и неговите пикови стойности се влияят от текущите и бъдещите промени в основните атмосферни параметри по сложен начин (таблица 1). По-голямата вероятност от горещи вълни вероятно ще доведе до увеличаване на пиковете на концентрацията на озон в приземните нива. Повишената слънчева радиация и летните температури също ще ускорят химическия процес на образуване на озон. Емисиите на ЛОС (прекурсорът на озона) ще бъдат увеличени с по-топлите лета (Langner et al., 2012 г.), но също така ще бъдат намалени с по-високите нива на CO2 в атмосферата (Szopa et al., 2021 г.). По-честите горски пожари през лятото ще действат като източник на емисии както на ЛОС, така и на СО (Parrington et al., 2013 г.). Отстраняването на озона от атмосферата чрез поглъщане от растителността — само по себе си вредно за растенията — може да бъде намалено чрез топлинен и воден стрес върху растенията (Szopa et al., 2021 г.). В същото време повишената влажност ще увеличи разрушаването на озона в райони с ниско съдържание на NOx, като например морските райони в Скандинавия (Colette et al., 2015 г.).

Таблица 1: Избор на метеорологични параметри, които могат да се увеличат при бъдещо изменение на климата, и тяхното въздействие върху нивата на озон

^{Източник: Адаптирано от Jacob and Winner (2009), The Royal Society (2008) и Lin et al. (2020)}

Очаква се бъдещото изменение на климата да увеличи концентрациите на озон, но това увеличение не следва да надвишава 5 μg/m3 в дневния максимум до средата на века и следователно вероятно ще бъде компенсирано от намаляването на нивата на озон поради планираното бъдещо намаляване на емисиите на прекурсори на озона. Прогнозите от края на века обаче предполагат увеличение до 8 μg/m3 в концентрациите на озон. Намаления се прогнозират само в океански и най-северни райони (британски острови, скандинавски и балтийски държави) (фигура 1).

Фигура 1. Моделирана бъдеща промяна в концентрациите на приземен озон през лятото (дневни максимуми) над Европа в средата на века (вляво) и в края на века (вдясно). Източник: ETC/ACM (2015 г.)

Въздействие върху здравето

Смъртността, свързана с острата експозиция на озон, се очаква да нарасне поради изменението на климата до 2050 г., особено в Централна и Южна Европа (Orru et al., 2019 г.; Selin et al., 2009 г.). Geels et al. Според оценките от 2015 г. само изменението на климата ще доведе до 15 % увеличение на общия брой на свързаните с озона остри преждевременни смъртни случаи в Европа към 80-те години на 20 век съгласно сценария RCP 4.5 в областта на климата. Между 2000 г. и 2050 г. нетните загуби на икономическо благосъстояние (включително разходите за смъртност и загубите от развлекателни дейности), дължащи се на свързани с озона въздействия върху здравето от изменението на климата и прекурсорните емисии, биха могли да достигнат 9,1 милиарда евро. Въздействието върху разходите от прогнозираните промени в емисиите до голяма степен би надхвърлило въздействието върху климата (Selin et al., 2009 г.).

Отговорина въпроси, свързани с политиката

Наблюдение, цели и предупреждения

Съгласно Директивата за качеството на атмосферния въздух от 2008 г. европейските държави членки отговарят за мониторинга и докладването на приземните данни за озона на Европейската агенция за околната среда. Мониторингът на часовите концентрации на озон се извършва в почти 2000 станции в цяла Европа, включително фонови станции в селските, крайградските и градските райони, за да се документира експозицията на населението. Концентрациите на озон се измерват и в промишлени и пътни станции, разположени в непосредствена близост до главен път или промишлена зона/източник.

Директивата за качеството на атмосферния въздух от 2008 г. определя целева стойност и дългосрочна целева стойност за озона за опазване на човешкото здраве. В таблица 2 е представен преглед на правните стандарти за приземния озон, определени в Директивата с цел опазване на здравето на човека и околната среда.

Таблица 2: Преглед на праговите и целевите стойности и дългосрочните цели за приземния озон в атмосферата

^{* AOT40 (μg/m3 x часа) е сумата от разликата между часовите концентрации, по-големи от 80 μg/m3 и 80 μg/m3 за даден период, като се използват само 1-часовите стойности, измерени между 8.00 и 20.00 централноевропейско време (ЦЕВ) всеки ден}

Директивата за качеството на атмосферния въздух от 2008 г. включва и регулаторни задължения за информиране на населението за високите концентрации на приземен озон (таблица 2). Информационният праг отразява "ниво, над което съществува риск за човешкото здраве от краткотрайна експозиция за особено чувствителни групи от населението". Когато прагът бъде надхвърлен, националните органи са длъжни да информират обществеността. Прагът за предупреждение отразява "ниво, над което съществува риск за човешкото здраве от краткотрайна експозиция за населението като цяло". От националните органи се изисква да информират обществеността, да дават съвети и да прилагат краткосрочни планове за действие, когато този праг бъде надхвърлен. Превишаването на двата прага следва да бъде докладвано от държавите членки на Европейската комисия.

Информация за годишните концентрации на озон е достъпна на уебсайта на ЕАОС за преглед на статистическите данни за качеството на въздуха. Актуална информация за качеството на въздуха е достъпна на уебсайта на ЕАОС за преглед на качеството на въздуха и чрез Европейския индекс за качество на въздуха. Услугата за мониторинг на атмосферата на „Коперник“ предоставя 4-дневна прогноза за концентрациите на приземен озон. В няколко европейски държави нивата на концентрация на озон са включени в плановете за действие в областта на здравето на топлината. Вж. пример от Белгия тук.

Намаление на концентрацията

През 2021 г. Световната здравна организация (СЗО) публикува нови насоки за качеството на въздуха с цел опазване на човешкото здраве, като актуализира насоките за качеството на въздуха от 2005 г. въз основа на систематичен преглед на най-новите научни доказателства за това как замърсяването на въздуха уврежда човешкото здраве. През октомври 2022 г. Европейската комисия публикува предложение за преразглеждане на Директивата относно качеството на атмосферния въздух, с което стандартите на ЕС за качество на въздуха се привеждат в по-тясно съответствие с препоръките на СЗО от 2021 г. и се въвеждат пределно допустими стойности за всички замърсители на въздуха, за които понастоящем се прилагат целеви стойности, с изключение на озона. Озонът е освободен от тази промяна от целева към пределно допустима стойност поради сложните характеристики на неговото образуване в атмосферата, които усложняват задачата за оценка на осъществимостта на спазването на строги пределно допустими стойности.

Въздействието на изменението на климата, изострящо образуването на озон, би могло частично да компенсира усилията за намаляване на емисиите на прекурсори на озона. Това се нарича „наказание за климата, свързан с озона“. Компенсирането на тази санкция в областта на климата за континенталната част на Европа ще изисква амбициозни мерки за смекчаване (намаляване с 30 до 50 % на емисиите на NOx и ЛОС). В дългосрочен план намаляването на емисиите на метан може също така ефективно да намали образуването на озон. Тъй като метанът също е важен парников газ, неговото намаляване е от полза и за смекчаването на изменението на климата (UNEP, 2021 г.; JRC, 2018 г.).

Връзки към допълнителна информация

• Прогноза за приземния озон
  

• Състояние на качеството на въздуха в Европа през 2023 г.
  

• Преглед на статистическите данни за качеството на въздуха в ЕАОС
  

• Актуализиран визуализатор на данни за качеството на въздуха в ЕАОС
  

• Елементи в каталога на ресурсите

Препратки

• Colette, A. et al., 2013 г., European atmosphere in 2050, a regional air quality and climate perspective under CMIP5 scenarios (Европейската атмосфера през 2050 г., регионална перспектива за качеството на въздуха и климата съгласно сценариите на CMIP5), Atmos. Аз съм Кем. На физиономия. 13, 7451-7471. https://doi.org/10.5194/acp-13-7451-2013
• Colette, A. et al., 2015 г., Is the ozone climate penalty robust in Europe?, Environmental Research Letters 10(8), 084015. https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/8/084015.
• Cooper, O.R. et al., 2014 г., Global distribution and trends of tropospheric ozone (Глобално разпределение и тенденции на тропосферния озон: An observation-based review, Elementa 2, 000029. https://doi.org/10.12952/journal.elementa.000029
• ЕАОС, 2022a, Air quality in Europe 2022 (Качеството на въздуха в Европа през 2022 г.), информационен документ No 05/2022. Уеб доклад на Европейската агенция за околна среда
• ЕАОС, 2022b, Exceedance of air quality standards in Europe (Превишаване на стандартите за качество на въздуха в Европа). Европейска агенция за околната среда
• ЕАОС, 2022c, Impacts of air pollution on ecosystems (Въздействие на замърсяването на въздуха върху екосистемите), уебдоклад на Европейската агенция за околна среда
• ETC/ACM, 2015 г., Моделирана бъдеща промяна в концентрациите на озон на повърхността през лятото
• Geels, C. et al., 2015 г., Future premature mortality due to air pollution in Europe–sensitivity to changes in climate, anthropogenic emissions, population and building stock (Бъдеща преждевременна смъртност поради замърсяването на въздуха в Европа — чувствителност към промените в климата, антропогенните емисии, населението и сградния фонд), International Journal of Environmental Research and Public Health 12, 2837-2869. https://doi.org/10.3390/ijerph120302837
• Jacob D.J. и Winner D.A., 2009 г., Effect of climate change on air quality (Въздействие на изменението на климата върху качеството на въздуха), Atmospheric Environment 43, 51—63. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2008.09.051
• JRC, 2018 г., Global trends of methane emissions and their impacts on ozone concentrations (Глобални тенденции в емисиите на метан и тяхното въздействие върху концентрациите на озон), Съвместен изследователски център, Европейска комисия.
• Langner, J., et al., 2012 г., A multi-model study of impacts of climate change on surface ozone in Europe (Мултимоделно проучване на въздействието на изменението на климата върху повърхностния озон в Европа), Atmospheric Chemistry and Physics 12, 10423-10440. https://doi.org/10.5194/acp-12-10423-2012
• Lin, M. et al., 2020 г., Vegetation feedbacks during drought exacerbate ozone air pollution extremes in Europe (Обратната информация за растителността по време на суша изостря крайностите на замърсяването на въздуха с озон в Европа), Nature Climate Change 10, 444-451. https://doi.org/10.1038/s41558-020-0743-y
• Monks, P.S., et al., 2015 г., Tropospheric ozone and its precursors from the urban to the global scale from air quality to short-lived climate forcer, Atmospheric Chemistry and Physics 15, 8889-8973. https://doi.org/10.5194/acp-15-8889-2015.
• Orru, H., et al., 2019 г., Ozone and heat-related mortality in Europe in 2050 significant affected by changes in climate, population and greenhouse gas emissions (Смъртност, свързана с озона и топлината в Европа през 2050 г., значително засегната от промените в климата, населението и емисиите на парникови газове), Environmental Research Letters 14, 074013 https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab1cd9.
• Parrington, M., et al., 2013 г., Ozone photochemistry in boreal biomass burning plumes, Atmospheric Chemistry and Physics 13, 7321-7341. https://doi.org/10.5194/acp-13-7321-2013.
• Selin, N.E., et al., 2009 г., Global health and economic impacts of future ozone pollution (Глобално въздействие на бъдещото замърсяване с озон върху здравето и икономиката), Environmental Research Letters 4, 044014. https://doi.org/10.1088/1748-9326/4/044014
• Solberg, S., et al., 2021 г., Long-term trends of air pollutants at national level 2005-2019 (Дългосрочни тенденции при замърсителите на въздуха на национално равнище 2005—2019 г.), Доклад 9/2021 на ETC/ATNI.
• Szopa, S., et al., 2021 г., Short-Lived Climate Forcers. Във: Masson-Delmotte V. et al., 2021 г., Climate Change 2021: Физическа научна основа. Принос на работна група I към Шестия доклад за оценка на Междуправителствения комитет по изменение на климата.
• Кралското общество, 2008 г., Ground-level ozone in the 21st century: Future trends, impacts and policy implications(Бъдещи тенденции, въздействия и последици за политиката), The Royal Society Policy Document (Документ за политиката на Кралското общество).
• UNEP, 2021 г., Глобална оценка на метана: Ползи и разходи за намаляване на емисиите на метан. CCAC на Програмата на ООН за околната среда
• СЗО Европа, 2008 г., Health Risks of Ozone from Long-range Transborder Air Pollution (Рискове за здравето на озона от трансгранично замърсяване на въздуха на далечни разстояния). Регионален офис за Европа на Световната здравна организация