New preprint: “Effect of Land Use Changes on Air Quality: Impacts of Urbanization, Urban Vegetation, and Agriculture”

A new paper led by Alba Badia has been submitted to the journal Science of The Total Environment and has now been announced as a preprint in the Social Science Research Network (SSRN).

See full article/ Veure l’article complet

English:

Rapid urbanization in urban areas is transforming natural landscapes into impervious surfaces, resulting in changes to the physical properties of these surfaces. Changes in surface physical properties impact local temperature and convection, which in turn affects air quality. Consequently, cities world-wide are implementing greening strategies to mitigate the impact of the built environment and improve air quality. The effectiveness of such strategies depends on land-use changes, urban landscapes, local geography, and climate. We use an air-quality model with an urban canopy scheme to investigate how land-use changes (urbanization, agriculture, urban parks) affect the urban climate (temperature, wind speed) and chemical processes (dry deposition, biogenic emissions), resulting in changes in air quality (NO2, O3, VOC, and PMs) for scenarios proposed by the Urban Master Plan of the Metropolitan Area of Barcelona. We find that increasing urbanization raises the surface temperature, promoting the generation of O3 (up to 8%) mostly in the evening due to the urban heat island effect. Replacing urban areas with agricultural areas or urban parks reduces local pollution through two mechanisms: 1) increased evaporation from more vegetation reduces surface temperature and, consequently, the production of secondary pollutants such as O3 (10%), and 2) increased dry deposition capacity results from the greater leaf surface area. However, NH3 and, consequently, aerosols increase (90% and 12% respectively) in response to fertilizers from agricultural practices, and urban greening intensifies the generation of O3 (5%) and SOA (4%) from biogenic VOCs. We found that irrigation increases surface moisture and promotes deposition on plant surfaces. In addition, irrigation enhances primary pollutant concentrations (8% for NO2, 10% for VOCs) and decreases the secondary pollutant O3 (6%) as a result of decreased surface temperatures. Urban greening strategies need to be combined with preventive emission reduction strategies to effectively address air quality issues and protect human health.

Català:

La ràpida urbanització en àrees urbanes està transformant els paisatges naturals en superfícies impermeables, provocant canvis en les propietats físiques d’aquestes superfícies. Els canvis en les propietats físiques de la superfície afecten la temperatura local i la convecció, i això repercuteix en la qualitat de l’aire. Com a conseqüència, ciutats de tot el món estan implementant estratègies d’augment de verd per mitigar l’impacte del medi construït i millorar la qualitat de l’aire. L’efectivitat d’aquestes estratègies depèn dels canvis en l’ús del sòl, els paisatges urbans, la geografia local i el clima. Utilitzem un model de qualitat de l’aire amb un esquema urbà per investigar com els canvis en l’ús del sòl (urbanització, agricultura, parcs urbans) afecten el clima urbà (temperatura, velocitat del vent) i els processos químics (deposició seca, emissions biogèniques), donant lloc a canvis en la qualitat de l’aire (NO2, O3, COV i PMs) per als escenaris proposats pel Pla Director Urbanístic de l’Àrea Metropolitana de Barcelona. Hem trobat que l’augment de la urbanització incrementa la temperatura de la superfície, afavorint la generació d’O3 (fins a un 8%) principalment al vespre a causa de l’efecte illa de calor urbana. Substituir zones urbanes per zones agrícoles o parcs urbans redueix la contaminació local a través de dos mecanismes: 1) l’augment de l’evaporació per la major vegetació redueix la temperatura de la superfície i, conseqüentment, la producció de contaminants secundaris com l’O3 (10%), i 2) la major capacitat de deposició seca resulta de l’augment de la superfície foliar. No obstant això, l’NH3 i, conseqüentment, els aerosols augmenten (un 90% i un 12% respectivament) en resposta als fertilitzants de les pràctiques agrícoles, i el verd urbà intensifica la generació d’O3 (5%) i SOA (4%) a partir dels COV biogènics. Hem trobat que la irrigació augmenta la humitat de la superfície i afavoreix la deposició a les superfícies vegetals. A més, la irrigació augmenta les concentracions de contaminants primaris (8% per al NO2, 10% per als COVs) i redueix el contaminant secundari O3 (6%) com a resultat de la disminució de les temperatures superficials. Les estratègies d’augment de verd urbà han de combinar-se amb estratègies preventives de reducció d’emissions per abordar eficaçment els problemes de qualitat de l’aire i protegir la salut humana.

Graphical abstract