Marknära ozon

Klicka på bilden för att komma till den fyra dagar långa prognosen för marknära ozon från Copernicus atmosfärövervakningstjänst

Hälsofrågor

Marknära ozon påverkar människors hälsa genom att försämra andnings- och kardiovaskulär funktion, vilket leder till fler sjukhusinläggningar, skol- och arbetsfrånvaro, läkemedelsanvändning och till och med för tidig död. Kortvarig exponering för ozon är förknippad med respiratoriska symtom, nedsatt lungfunktion och luftvägsinflammation. långvarig exponering med förvärrad astma och ökad incidens av stroke. I motsats till de skadliga effekterna av troposfäriskt eller marknära ozon – det ozon vi andas – är stratosfäriskt ozon fördelaktigt för människors hälsa genom att blockera UV-strålning.

Observerade effekter

Ozonbildning på marknivå och dess meteorologiska känslighet

Ytozon (O₃) är en sekundär förorening som produceras i atmosfären i närvaro av solljus och kemiska prekursorer. De viktigaste prekursorerna för ozon är kväveoxider (NOx) och flyktiga organiska föreningar (VOC), som främst härrör från transport och industriell verksamhet som till stor del är förknippad med stadsområden. Kolmonoxid (CO) och metan (CH₄) som släpps ut från bostads- och jordbrukskällor tenderar att spela en mindre roll i ozonbildningen. Ozonprekursorer kan också ha ett naturligt ursprung, såsom biogena utsläpp av flyktiga organiska föreningar, utsläpp av kväveoxider i marken, utsläpp från skogsbränder av koldioxid och utsläpp från biosfären av metan (Cooper m.fl., 2014; Munkar m.fl., 2015).

Maximala ozonkoncentrationer förekommer i allmänhet tiotals kilometer från stadsområden där de främsta källorna till ozonbildande ämnen är, till skillnad från andra luftföroreningar (t.ex. partiklar och kvävedioxid) som till stor del koncentreras till städer. Eftersom den fotokemiska bildandet av ozon tar flera timmar, kan vindar transportera föroreningsplymen innan ozon bildas. Dessutom bryter vissa NOx-arter ned ozon under specifika förhållanden (dvs. nära utsläppskällorna, på natten eller på vintern), vilket resulterar i generellt lägre ozonkoncentrationer över stadskärnor där NOx släpps ut. När ozon har bildats kan det bibehållas i atmosfären i dagar till veckor, ofta under långväga eller gränsöverskridande transporter. Men även i stadsområden - och särskilt förortsområden - kan höga ozonnivåer observeras.

Eftersom ozonproduktion kräver solstrålning når ozonkoncentrationerna vanligtvis en daglig maximal några timmar efter middagstid. Koncentrationerna följer också en uttalad säsongscykel som i Europa toppar mellan tidig vår och sen sommar. Beroendet av solljus gör ozon mycket känsligt för väder- och klimatvariationer. Ozonets variation från ett år till ett annat beror till stor del på hur varm och torr sommaren är. Intensiva värmeböljor kan leda till höga ozonvärden. Förhållandet till solljus innebär att södra Europa tenderar att ha högre ozonkoncentrationer än norra Europa (EEA,2022a).

Koncentrationer och befolkningsexponering

De årliga ozonkoncentrationerna konstaterades ha ökat något i Europa mellan 2005 och 2019, medan de högsta ozontopparna hade minskat (Solberg m.fl., 2022). År 2020 uppnådde endast 19 % av alla marknära ozonövervakningsstationer i Europa det långsiktiga mål som fastställdes i 2008 års luftkvalitetsdirektiv om att det maximala åttatimmarsmedelvärdet per dag inte får överstiga 120 mikrogram per kubikmeter (μg/m³) under ett kalenderår. I hela Europa registrerade 21 länder, däribland 15 EU-medlemsstater, ozonkoncentrationer som överskred EU:s målvärde för skydd av människors hälsa (det maximala åttatimmarsmedelvärdet på 120 μg/m³) (EEA, 2022a). Andelen av befolkningen som exponeras för ytozon över EU:s målnivåer har varierat mellan en topp på 64 % 2003 och 9 % 2014 (EEA,2022b). Andelen av befolkningen som exponerades för koncentrationer över WHO:s kortsiktiga riktvärde för 2021 (det maximala åttatimmarsmedelvärdet på 100 μg/m3)varierade mellan 93 % och 98 % under perioden 2013–2020, utan någon nedåtgående trend över tid.

Hälsoeffekter

Höga nivåer av ozon orsakar andningsproblem, utlöser astma, minskar lungfunktionen och orsakar lungsjukdom (WHO, 2008). Under 2019 lades 12 253 personer i 23 europeiska länder in på sjukhus med luftvägssjukdomar som orsakats eller förvärrats av akut exponering för ozon. Dödlighets- och sjuklighetsbördan till följd av exponering för ozonnivåer är vanligtvis lägre i de nordeuropeiska länderna jämfört med resten av Europa (EEA,2022a). Under 2020 dog uppskattningsvis 24 000 människor i EU:s 27 medlemsstater i förtid på grund av akut exponering för ozon över 70 μg/m3. De länder som hade högst dödlighet 2020 på grund av exponering för ozon var Albanien, Montenegro, Grekland, Bosnien och Hercegovina samt Nordmakedonien, i fallande rangordning (EEA,2022a). Sedan 2005 har det inte funnits någon specifik trend för ozonrelaterad dödlighet på marknivå, och variationen mellan åren beror främst på sommartemperaturer (Solberg m.fl., 2022).

Förutom de direkta hälsoeffekterna absorberas ytozon genom växternas stomata och kan påverka grödor och skogsavkastning negativt, vilket påverkar livsmedelsförsörjningen. Avkastningen på vete uppskattades minska i Europa med upp till 9 % under 2019. När det gäller ekonomiska förluster gick 1,4 miljarder euro förlorade i 35 länder (EEA,2022c).

Förväntade effekter

Framtida marknära ozonkoncentrationer

Den årliga variationen i ozonkoncentrationer och dess toppvärden påverkas på ett komplext sätt av pågående och framtida förändringar av de viktigaste atmosfäriska parametrarna (tabell 1). Högre sannolikhet för värmeböljor kommer sannolikt att leda till ökningar av ozonkoncentrationstoppar på marknivå. Ökad solstrålning och sommartemperaturer kommer också att påskynda den kemiska processen för ozonbildning. Utsläppen av flyktiga organiska föreningar (ozonprekursorn) kommer att öka under varmare somrar (Langner m.fl., 2012), men också minskas genom högre nivåer av koldioxid_i atmosfären (Szopa m.fl., 2021). Mer frekventa skogsbränder sommartid kommer att fungera som en källa till både VOC- och CO-utsläpp (Parrington et al., 2013). Avlägsnandet av ozon från atmosfären genom absorption av vegetation – som i sig är skadlig för växter – kan minskas genom värme- och vattenstress på växter (Szopa m.fl., 2021). Samtidigt kommer ökad luftfuktighet att öka ozonförstörelsen i områden med låg kväveoxidhalt, t.ex. havsområden i Skandinavien (Colette m.fl., 2015).

Tabell 1: Val av meteorologiska parametrar som kan öka under framtida klimatförändringar och deras inverkan på ozonnivåerna

^{Källa: Anpassad från Jacob and Winner (2009), The Royal Society (2008) och Lin et al. (2020)}

Framtida klimatförändringar förväntas öka ozonkoncentrationerna, men denna ökning bör inte överstiga 5 μg/m³ i det dagliga maximivärdet i mitten av århundradet och skulle därför sannolikt uppvägas av minskningar av ozonnivåerna på grund av planerade framtida utsläppsminskningar av ozonprekursorer. Prognoser från slutet av århundradet tyder dock på en ökning av ozonkoncentrationerna med upp till 8 μg/m3. Minskningar förutses endast över oceaniska och nordligaste områden (brittiska öar, skandinaviska och baltiska länder) (figur 1).

Figur 1. Modellerad framtida förändring av marknära ozonkoncentrationer sommartid (dagliga maxima) över Europa i mitten av århundradet (vänster) och i slutet av århundradet (höger). Källa: ETC/ACM (2015)

(på engelska)

Hälsoeffekter

Dödligheten i samband med akut ozonexponering förväntas öka på grund av klimatförändringarna fram till 2050, särskilt i Central- och Sydeuropa (Orru m.fl., 2019; Selin m.fl., 2009). Geels m.fl. (2015) uppskattade att enbart klimatförändringarna kommer att leda till en ökning med 15 % av det totala antalet ozonrelaterade akuta förtida dödsfall i Europa fram till 2080-talet enligt klimatscenariot RCP 4.5. Ekonomiska nettovälfärdsförluster (inklusive dödlighetskostnader och fritidsförluster) till följd av ozonrelaterade hälsoeffekter till följd av klimatförändringar och utsläpp av prekursorer skulle kunna ackumuleras till 9,1 miljarder euro mellan 2000 och 2050. Effekten på kostnaderna av beräknade förändringar i utsläppen skulle till stor del överstiga klimatpåverkan (Selin m.fl., 2009).

Politiskasvar

Övervakning, mål och varningar

Enligt direktivet om luftkvalitet från 2008 ansvarar EU:s medlemsstater för övervakning och rapportering av marknära ozondata till Europeiska miljöbyrån. Övervakning av ozonkoncentrationer per timme utförs vid nästan 2 000 stationer i hela Europa, inklusive bakgrundsstationer på landsbygden, i förorter och i städer – för att dokumentera befolkningens exponering. Ozonkoncentrationer mäts också vid industri- och trafikstationer, som ligger i närheten av en större väg eller ett industriområde / källa.

I luftkvalitetsdirektivet från 2008 fastställs ett målvärde och ett långsiktigt målvärde för ozon för att skydda människors hälsa. En översikt över de rättsliga normer för marknära ozon som fastställs i direktivet för att skydda människors och miljöns hälsa ges i tabell 2.

Tabell 2: Översikt över tröskelvärden och målvärden samt långsiktiga mål för atmosfäriskt marknära ozon

^{* AOT40 (μg/m3 x timmar) är summan av skillnaden mellan timkoncentrationer större än 80 μg/m3 och 80 μg/m3 under en given period med användning endast av de timvärden som uppmätts mellan kl. 8.00 och 20.00 medeleuropeisk tid (CET) varje dag.}

Direktivet om luftkvalitet från 2008 innehåller också lagstadgade skyldigheter att informera befolkningen om höga koncentrationer av marknära ozon (tabell 2). Tröskelvärdet för information återspeglar en "nivå över vilken kortvarig exponering utgör en risk för människors hälsa för särskilt känsliga befolkningsgrupper". Om tröskelvärdet överskrids är de nationella myndigheterna skyldiga att informera allmänheten. Tröskelvärdet för varning återspeglar en "nivå över vilken det finns en risk för människors hälsa till följd av kortvarig exponering för befolkningen i allmänhet". De nationella myndigheterna är skyldiga att informera allmänheten, ge råd och genomföra kortsiktiga handlingsplaner när detta tröskelvärde överskrids. Överskridande av båda tröskelvärdena bör rapporteras av medlemsstaterna till Europeiska kommissionen.

Information om årliga ozonkoncentrationer finns på EEA:s webbplats för luftkvalitetsstatistik. Aktuell luftkvalitetsinformation finns tillgänglig hos EEA:s UTD-luftkvalitetsgranskare och genom det europeiska luftkvalitetsindexet. Copernicus atmosfärövervakningstjänst tillhandahåller en 4-dagars prognos för marknära ozonkoncentrationer. I flera europeiska länder ingår ozonkoncentrationer i handlingsplaner för värmehälsa. Se ett exempel från Belgien här.

Koncentrationsminskningar

År 2021 offentliggjorde Världshälsoorganisationen (WHO) nya riktlinjer för luftkvalitet för att skydda människors hälsa och uppdaterade 2005 års riktlinjer för luftkvalitet på grundval av en systematisk översyn av de senaste vetenskapliga rönen om hur luftföroreningar skadar människors hälsa. Europeiska kommissionen offentliggjorde ett förslag till översyn av luftkvalitetsdirektivet i oktober 2022, som närmare anpassar EU:s luftkvalitetsnormer till WHO:s rekommendationer från 2021 och inför gränsvärden för alla luftföroreningar som för närvarande omfattas av målvärden, med undantag för ozon. Ozon undantas från denna ändring från mål till gränsvärde på grund av de komplexa egenskaperna hos dess bildning i atmosfären, vilket försvårar bedömningen av om det är möjligt att följa strikta gränsvärden.

Effekterna av att klimatförändringarna förvärrar ozonbildningen skulle delvis kunna uppväga insatserna för att minska utsläppen av ozonbildande ämnen. Detta kallas klimatstraff för ozon. För att kompensera för detta klimatstraff på Europas fastland skulle det krävas ambitiösa begränsningsåtgärder (30–50 % minskningar av utsläppen av kväveoxider och flyktiga organiska föreningar). På lång sikt kan minskade metanutsläpp också effektivt minska ozonbildningen. Eftersom metan också är en viktig växthusgas gynnar minskningen av den också begränsningen av klimatförändringarna (Unep, 2021; JRC, 2018).

Referenser

• Colette, A. m.fl., 2013, European atmosphere in 2050, a regional air quality and climate perspective under CMIP5 scenarios, Atmos. Chem. Sjukgymnastik. 13, 7451-7471. https://doi.org/10.5194/acp-13-7451-2013
• Colette, A. et al., 2015, Is the ozone climate penalty robust in Europe?, miljöforskningsbrev 10(8), 084015. https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/8/084015
• Cooper, O.R. et al., 2014, Global distribution och trender för troposfäriskt ozon: En observationsbaserad granskning, Elementa 2, 000029. https://doi.org/10.12952/journal.elementa.000029
• EEA, 2022a, Air quality in Europe 2022, briefing nr 05/2022. Europeiska miljöbyråns webbrapport
• EEA, 2022b, Exceedance of air quality standards in Europe (Överskridande av luftkvalitetsnormer i Europa). Europeiska miljöbyrån
• EEA, 2022c, Impacts of air pollution on ecosystems, Europeiska miljöbyråns webbrapport.
• ETC/ACM, 2015, Modellerad framtida förändring av ozonkoncentrationer sommartid
• Geels, C. m.fl., 2015, Future early mortality due to air pollution in Europe –sensitivity to changes in climate, anthropogenic emissions, population and building stock, International Journal of Environmental Research and Public Health 12, 2837-2869. https://doi.org/10.3390/ijerph120302837 (inte översatt till svenska).
• Jacob D.J. och Winner D.A., 2009, Effect of climate change on air quality, Atmospheric Environment 43, 51–63. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2008.09.051
• JRC, 2018, Global trends of metan emissions and their impact on ozone concentrations (globala trender för metanutsläpp och deras inverkan på ozonkoncentrationer), gemensamma forskningscentrumet, Europeiska kommissionen.
• Langner, J., et al., 2012, A multi-model study of impacts of climate change on surface ozone in Europe, Atmospheric Chemistry and Physics 12, 10423-10440. https://doi.org/10.5194/acp-12-10423-2012 (inte översatt till svenska).
• Lin, M. et al., 2020, Vegetation feedbacks during drought exacerbate ozone air pollution extremes in Europe, Nature Climate Change 10, 444-451. https://doi.org/10.1038/s41558-020-0743-y (inte översatt till svenska).
• Monks, P.S., et al., 2015, 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 (ej översatt till svenska).
• Orru, H., et al., 2019, Ozon och värmerelaterad dödlighet i Europa 2050 som i hög grad påverkats av förändringar i klimat, befolkning och växthusgasutsläpp, Environmental Research Letters 14, 074013 https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab1cd9
• Parrington, M., et al., 2013, Ozone photochemistry in boreal biomass burning plumes, Atmospheric Chemistry and Physics 13, 7321-7341. https://doi.org/10.5194/acp-13-7321-2013 (inte översatt till svenska).
• Selin, N.E., et al., 2009, Global health and economic impacts of future ozone pollution, Environmental Research Letters 4, 044014. https://doi.org/10.1088/1748-9326/4/044014 (inte översatt till svenska).
• Solberg, S., et al., 2021, Long-term trends of air pollutants at national level 2005-2019 (Långsiktiga trender för luftföroreningar på nationell nivå 2005–2019), ETC/ATNI Report 9/2021.
• Szopa, S., et al., 2021, Short-Lived Climate Forcers. I: Masson-Delmotte V. et al., 2021, Climate Change 2021: Den fysiska vetenskapliga grunden. Bidrag från arbetsgrupp I till den sjätte utvärderingsrapporten från den mellanstatliga panelen för klimatförändringar.
• The Royal Society, 2008, Marknära ozon under 2000-talet: framtida trender, effekter och politiska konsekvenser,The Royal Society Policy Document
• Unep, 2021, Global Methane Assessment: Fördelar och kostnader med att minska metanutsläppen. UNEP CCAC
• WHO Europe, 2008, Health Risks of Ozone from Long-range Transboundary Air Pollution (hälsorisker med ozon från långväga gränsöverskridande luftföroreningar). Världshälsoorganisationens regionala kontor för Europa