Abstract. A new inventory of air pollutant emissions in Asia in the year 2006 is developed to support the Intercontinental Chemical Transport Experiment-Phase B (INTEX-B) funded by the National Aeronautics and Space Administration (NASA). Emissions are estimated for all major anthropogenic sources, excluding biomass burning. We estimate total Asian anthropogenic emissions in the year 2006 as follows: 47.1 Tg SO2, 36.7 Tg NOx, 298.2 Tg CO, 54.6 Tg NMVOC, 29.2 Tg PM10, 22.2 Tg PM2.5, 2.97 Tg BC, and 6.57 Tg OC. We emphasize emissions from China because they dominate the Asia pollutant outflow to the Pacific and the increase of emissions from China since 2000 is of great concern. We have implemented a series of improved methodologies to gain a better understanding of emissions from China, including a detailed technology-based approach, a dynamic methodology representing rapid technology renewal, critical examination of energy statistics, and a new scheme of NMVOC speciation for model-ready emissions. We estimate China's anthropogenic emissions in the year 2006 to be as follows: 31.0 Tg SO2, 20.8 Tg NOx, 166.9 Tg CO, 23.2 Tg NMVOC, 18.2 Tg PM10, 13.3 Tg PM2.5, 1.8 Tg BC, and 3.2 Tg OC. We have also estimated 2001 emissions for China using the same methodology and found that all species show an increasing trend during 2001–2006: 36% increase for SO2, 55% for NOx, 18% for CO, 29% for VOC, 13% for PM10, and 14% for PM2.5, BC, and OC. Emissions are gridded at a resolution of 30 min×30 min and can be accessed at our web site (http://mic.greenresource.cn/intex-b2006).

A revised estimate of Chinese carbon emissions from fossil fuel burning and cement production is presented, based on updated energy consumption and clinker production data and two new sets of measured emission factors for Chinese coal. China emits large amounts of anthropogenic carbon, but its carbon emission estimates are highly uncertain. This paper presents a revised estimate of Chinese carbon emissions from fossil fuel burning and cement production based on updated energy consumption and clinker production data, and two new sets of measured emission factors for Chinese coal. The authors estimate of China's cumulative carbon emissions for the period 2000 to 2013 is 13% lower than previous estimates. Nearly three-quarters of the growth in global carbon emissions from the burning of fossil fuels and cement production between 2010 and 2012 occurred in China1,2. Yet estimates of Chinese emissions remain subject to large uncertainty; inventories of China’s total fossil fuel carbon emissions in 2008 differ by 0.3 gigatonnes of carbon, or 15 per cent1,3,4,5. The primary sources of this uncertainty are conflicting estimates of energy consumption and emission factors, the latter being uncertain because of very few actual measurements representative of the mix of Chinese fuels. Here we re-evaluate China’s carbon emissions using updated and harmonized energy consumption and clinker production data and two new and comprehensive sets of measured emission factors for Chinese coal. We find that total energy consumption in China was 10 per cent higher in 2000–2012 than the value reported by China’s national statistics6, that emission factors for Chinese coal are on average 40 per cent lower than the default values recommended by the Intergovernmental Panel on Climate Change7, and that emissions from China’s cement production are 45 per cent less than recent estimates1,4. Altogether, our revised estimate of China’s CO2 emissions from fossil fuel combustion and cement production is 2.49 gigatonnes of carbon (2 standard deviations = ±7.3 per cent) in 2013, which is 14 per cent lower than the emissions reported by other prominent inventories1,4,8. Over the full period 2000 to 2013, our revised estimates are 2.9 gigatonnes of carbon less than previous estimates of China’s cumulative carbon emissions1,4. Our findings suggest that overestimation of China’s emissions in 2000–2013 may be larger than China’s estimated total forest sink in 1990–2007 (2.66 gigatonnes of carbon)9 or China’s land carbon sink in 2000–2009 (2.6 gigatonnes of carbon)10.

Fine-particle pollution associated with winter haze threatens the health of more than 400 million people in the North China Plain. Sulfate is a major component of fine haze particles. Record sulfate concentrations of up to ~300 μg m-3 were observed during the January 2013 winter haze event in Beijing. State-of-the-art air quality models that rely on sulfate production mechanisms requiring photochemical oxidants cannot predict these high levels because of the weak photochemistry activity during haze events. We find that the missing source of sulfate and particulate matter can be explained by reactive nitrogen chemistry in aerosol water. The aerosol water serves as a reactor, where the alkaline aerosol components trap SO2, which is oxidized by NO2 to form sulfate, whereby high reaction rates are sustained by the high neutralizing capacity of the atmosphere in northern China. This mechanism is self-amplifying because higher aerosol mass concentration corresponds to higher aerosol water content, leading to faster sulfate production and more severe haze pollution.

Weekly PM2.5 samples were simultaneously collected at a residential (Tsinghua University) and a downtown (Chegongzhuang) site in Beijing from July 1999 through September 2000. The ambient mass concentration and chemical composition of the PM2.5 were determined. Analyses included elemental composition, water-soluble ions, and organic and elemental carbon. Weekly PM2.5 mass concentrations ranged from 37 to 357 μg/m3, with little difference found between the two sites. Seasonal variation of PM2.5 concentrations was significant, with the highest concentration in the winter and the lowest in the summer. Spring dust storms had a strong impact on the PM2.5. Overall, organic carbon was the most abundant species, constituting no less than 30% of the total PM2.5 mass at both sites. Concentrations of organic and elemental carbon were 35% and 16% higher at Tsinghua University than at Chegongzhuang. Ammonium, nitrate and sulfate were comparable at the sites, accounting for 25–30% of the PM2.5 mass.

The transboundary health impacts of air pollution associated with the international trade of goods and services are greater than those associated with long-distance atmospheric pollutant transport. Air quality and mortality are affected by local air pollution, but not all local air pollution comes from local emissions. It is also fed by atmospheric transport of pollutants from distant sources, and some of the pollution in one region is due to the production of goods for consumption in another. This study investigates the effect of these two remote pollution sources on premature mortality linked to fine particulate matter pollution. Qiang Zhang et al. find that, in 2007, about 12 per cent of premature deaths related to fine particulate matter were attributed to air pollutants from distant sources and about 22 per cent were associated with goods and services produced in one region for consumption in another. The findings suggest that the health impacts of pollution associated with international trade are greater than those associated with long-distance atmospheric pollutant transport. Millions of people die every year from diseases caused by exposure to outdoor air pollution1,2,3,4,5. Some studies have estimated premature mortality related to local sources of air pollution6,7, but local air quality can also be affected by atmospheric transport of pollution from distant sources8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. International trade is contributing to the globalization of emission and pollution as a result of the production of goods (and their associated emissions) in one region for consumption in another region14,19,20,21,22. The effects of international trade on air pollutant emissions23, air quality14 and health24 have been investigated regionally, but a combined, global assessment of the health impacts related to international trade and the transport of atmospheric air pollution is lacking. Here we combine four global models to estimate premature mortality caused by fine particulate matter (PM2.5) pollution as a result of atmospheric transport and the production and consumption of goods and services in different world regions. We find that, of the 3.45 million premature deaths related to PM2.5 pollution in 2007 worldwide, about 12 per cent (411,100 deaths) were related to air pollutants emitted in a region of the world other than that in which the death occurred, and about 22 per cent (762,400 deaths) were associated with goods and services produced in one region for consumption in another. For example, PM2.5 pollution produced in China in 2007 is linked to more than 64,800 premature deaths in regions other than China, including more than 3,100 premature deaths in western Europe and the USA; on the other hand, consumption in western Europe and the USA is linked to more than 108,600 premature deaths in China. Our results reveal that the transboundary health impacts of PM2.5 pollution associated with international trade are greater than those associated with long-distance atmospheric pollutant transport.

Abstract. Extreme haze episodes repeatedly shrouded Beijing during the winter of 2012–2013, causing major environmental and health problems. To better understand these extreme events, we performed a model-assisted analysis of the hourly observation data of PM2.5 and its major chemical compositions. The synthetic analysis shows that (1) the severe winter haze was driven by stable synoptic meteorological conditions over northeastern China, and not by an abrupt increase in anthropogenic emissions. (2) Secondary species, including organics, sulfate, nitrate, and ammonium, were the major constituents of PM2.5 during this period. (3) Due to the dimming effect of high loading of aerosol particles, gaseous oxidant concentrations decreased significantly, suggesting a reduced production of secondary aerosols through gas-phase reactions. Surprisingly, the observational data reveals an enhanced production rate of secondary aerosols, suggesting an important contribution from other formation pathways, most likely heterogeneous reactions. These reactions appeared to be more efficient in producing secondary inorganics aerosols than organic aerosols resulting in a strongly elevated fraction of inorganics during heavily polluted periods. (4) Moreover, we found that high aerosol concentration was a regional phenomenon. The accumulation process of aerosol particles occurred successively from cities southeast of Beijing. The apparent sharp increase in PM2.5 concentration of up to several hundred μg m−3 per hour recorded in Beijing represented rapid recovery from an interruption to the continuous pollution accumulation over the region, rather than purely local chemical production. This suggests that regional transport of pollutants played an important role during these severe pollution events.

To control the spread of the 2019 novel coronavirus (COVID-19), China imposed nationwide restrictions on the movement of its population (lockdown) after the Chinese New Year of 2020, leading to large reductions in economic activities and associated emissions. Despite such large decreases in primary pollution, there were nonetheless several periods of heavy haze pollution in eastern China, raising questions about the well-established relationship between human activities and air quality. Here, using comprehensive measurements and modeling, we show that the haze during the COVID lockdown was driven by enhancements of secondary pollution. In particular, large decreases in NOx emissions from transportation increased ozone and nighttime NO3 radical formation, and these increases in atmospheric oxidizing capacity in turn facilitated the formation of secondary particulate matter. Our results, afforded by the tragic natural experiment of the COVID-19 pandemic, indicate that haze mitigation depends upon a coordinated and balanced strategy for controlling multiple pollutants.

The considerable cessation of human activities during the COVID-19 pandemic has affected global energy use and CO2 emissions. Here we show the unprecedented decrease in global fossil CO2 emissions from January to April 2020 was of 7.8% (938 Mt CO2 with a +6.8% of 2-{\sigma} uncertainty) when compared with the period last year. In addition other emerging estimates of COVID impacts based on monthly energy supply or estimated parameters, this study contributes to another step that constructed the near-real-time daily CO2 emission inventories based on activity from power generation (for 29 countries), industry (for 73 countries), road transportation (for 406 cities), aviation and maritime transportation and commercial and residential sectors emissions (for 206 countries). The estimates distinguished the decline of CO2 due to COVID-19 from the daily, weekly and seasonal variations as well as the holiday events. The COVID-related decreases in CO2 emissions in road transportation (340.4 Mt CO2, -15.5%), power (292.5 Mt CO2, -6.4% compared to 2019), industry (136.2 Mt CO2, -4.4%), aviation (92.8 Mt CO2, -28.9%), residential (43.4 Mt CO2, -2.7%), and international shipping (35.9Mt CO2, -15%). Regionally, decreases in China were the largest and earliest (234.5 Mt CO2,-6.9%), followed by Europe (EU-27 & UK) (138.3 Mt CO2, -12.0%) and the U.S. (162.4 Mt CO2, -9.5%). The declines of CO2 are consistent with regional nitrogen oxides concentrations observed by satellites and ground-based networks, but the calculated signal of emissions decreases (about 1Gt CO2) will have little impacts (less than 0.13ppm by April 30, 2020) on the overserved global CO2 concertation. However, with observed fast CO2 recovery in China and partial re-opening globally, our findings suggest the longer-term effects on CO2 emissions are unknown and should be carefully monitored using multiple measures.