MARINE AND ATMOSPHERIC RESEARCH   

 

Air Quality Australia:  Future Research Directions  7‐8 May 2014  Symposium Report    Kathryn Emmerson, Mark Hibberd, Martin Cope and Paul Holper         

 

The Centre for Australian Weather and Climate Research A partnership between CSIRO and the Bureau of Meteorology  

Citation  Emmerson, KM, Hibberd, MF, Cope, ME and Holper, PN (2014). Air Quality Australia: Future Research  Directions – Symposium Report. CSIRO, Australia.  

Copyright and disclaimer  © 2014 CSIRO To the extent permitted by law, all rights are reserved and no part of this publication  covered by copyright may be reproduced or copied in any form or by any means except with the written  permission of CSIRO. 

Important disclaimer  CSIRO advises that the information contained in this publication comprises general statements based on  scientific research. The reader is advised and needs to be aware that such information may be incomplete  or unable to be used in any specific situation. No reliance or actions must therefore be made on that  information without seeking prior expert professional, scientific and technical advice. To the extent  permitted by law, CSIRO (including its employees and consultants) excludes all liability to any person for  any consequences, including but not limited to all losses, damages, costs, expenses and any other  compensation, arising directly or indirectly from using this publication (in part or in whole) and any  information or material contained in it.     

   

 

Acknowledgments 

The Symposium Steering Committee helped design the symposium program:  Jane O’Sullivan ‐ Commonwealth  Matt Riley ‐ NSW  Tina Runnion ‐ WA  Kelvyn Steer ‐ SA  Paul Torre ‐ VIC  David Wainwright ‐ QLD 

Martin Cope ‐ CSIRO  Ann‐Louise Crotty – NSW  Kathryn Emmerson ‐ CSIRO  Mark Hibberd ‐ CSIRO  John Innis ‐ TAS  Fay Johnston – University of Tasmania   

We acknowledge the CSIRO Marine and Atmospheric Research (CMAR) Capability Development Fund and  the Climate and Atmosphere Theme for funding the Symposium.   We also acknowledge our relationship with the Bureau of Meteorology through the Centre for Australian  Weather and Climate Research (CAWCR) and thank the Bureau for enabling us to hold the Symposium at  700 Collins Street. In this respect we also thank the staff at the Bureau for their help with the audio visual  system, and especially to Liz Adams for the smooth running of the Symposium.   

  Symposium attendees in the foyer at the Bureau of Meteorology in Melbourne 

   

 

Contents 

Acknowledgments .............................................................................................................................................. 1  Executive summary ............................................................................................................................................ 1  Symposium recommendations ............................................................................................................. 2  1 

Introduction .......................................................................................................................................... 3  1.1  Background ................................................................................................................................. 3  1.2  Symposium objectives ................................................................................................................ 4 

2 

Air quality needs of the jurisdictions .................................................................................................... 5 

3 

An exposure‐based framework ............................................................................................................. 6 

4 

Emissions ............................................................................................................................................... 7  4.1  A one‐Australia Emissions Inventory .......................................................................................... 7  4.2  Smoke ......................................................................................................................................... 8 

5 

Air quality modelling ............................................................................................................................. 9  5.1  Air Quality Forecasting .............................................................................................................. 10  5.2  Modelling for an Exposure Overlay .......................................................................................... 10 

6 

Measurements of air quality ............................................................................................................... 11  6.1  Improving observations and measurements ............................................................................ 11  6.2  Personal monitoring equipment ............................................................................................... 11  6.3  A national air quality database ................................................................................................. 12 

7 

Health studies ..................................................................................................................................... 13  7.1  Exposure ................................................................................................................................... 13 

8 

Engagement and communication ....................................................................................................... 14  8.1  Community needs ..................................................................................................................... 14  8.2  Policymaker needs .................................................................................................................... 14 

9 

Resourcing an Australian air quality science research plan ................................................................ 15  9.1  Governance ............................................................................................................................... 15 

Appendix A 

Agenda ...................................................................................................................................... 16 

Appendix B   

List of attendees ....................................................................................................................... 18 

   

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT 

Executive summary 

The Commonwealth, the States, research agencies such as CSIRO, ANSTO (Australian Nuclear Science and  Technology Organisation) and Bureau of Meteorology, and universities have collaborated for many years  on air quality research and policy development in Australia.    In 2011 the Council of Australian Governments (COAG) identified air quality as a priority national issue. The  2011 review of the Ambient Air Quality NEPM (National Environmental Protection Measure) stated:  The recommendations support a shift in the focus of the NEPM and if adopted should assist in  minimising risk to population health from air pollution. In determining health risk, it needs to be  acknowledged that many pollutants do not have a recognised threshold for adverse health effects.    In October 2013, the International Agency for Research on Cancer classified outdoor air pollution and one  of its major components, particulate matter, as carcinogenic to human beings. This classification highlights  the need to ensure we have the best air quality observations and modelling tools available to address  future air quality and human health in Australia.     It was against this background that on 7 and 8 May 2014, CSIRO, in consultation with the jurisdictions,  organised and ran the symposium entitled ‘Air Quality Australia: Future Research Directions’. The  symposium attracted sixty nine representatives from the States and Territories, the Commonwealth,  universities, CSIRO, ANSTO and the Bureau of Meteorology.    The symposium objectives were to determine the:   Current knowledge gaps with respect to sources and sinks of air pollution in Australia, and how  these may be addressed;   Methodologies available to conduct health risk assessments of air pollution;   Tools and expertise required to develop a robust exposure reduction framework for pollutants of  concern;   Mechanisms to develop a national coordinated framework for addressing identified knowledge  gaps and building capability.     The State, Territory and the Commonwealth environment agencies laid out their priorities relating to the  management of air quality and science areas requiring research. Nominated areas included human health,  modelling, emission inventories and measurements. Discussion sessions were held on research activities in  the areas of: exposure; bushfires, smoke and health; observations and field studies; emissions inventories;  national air quality data availability; modelling capabilities and tools; and resourcing our collaborative  research strategy.    The principal recommendation from the Symposium is to:    develop an Australian air quality science research plan.    The symposium steering committee could form the basis of a steering committee that provides oversight  for the creation and implementation of the research plan. The Symposium steering committee should meet  soon to discuss and agree upon the necessary structure and potential work program.    The full list of recommendations and proposals arising from the Symposium is given below. 

1 

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT 

Symposium recommendations  1. 2.

Develop an Australian air quality science research plan  Use the symposium committee to form the basis of a steering committee for developing the plan   

In developing a research plan the following proposals from the symposium should be taken into account:  a) Develop and support a one‐Australia pollutant emissions inventory  b) Develop a consistent, peer reviewed methodology for constructing emissions inventories, to be  adopted by all jurisdictions  c) Concentrate resources on surveying vehicular and non‐road engines, shipping and aircraft  emissions  d) Improve mapping of vegetation types and their emissions during bushfires and planned burns  e) Develop high resolution models informed by continental and global background processes  f) Develop desktop model emulators to enable policy development to occur at the agency level  g) Extend the use of and develop source‐receptor modelling (such as positive matrix factorisation) for  improved source reconciliation  h) Establish communities of practice (CoP) for modellers and inventory specialists  i) Determine the types of visualisations that best communicate (model) results to policy makers and  others  j) Characterise both the chemical components and size distributions of primary and secondary  aerosols  k) Undertake intensive targeted measurement (and modelling) campaigns to meet specific knowledge  gaps  l) Enhance observational networks through the inclusion of ‘supersites’  m) Consider establishing an Australian air quality expert group  n) Collaborate on developing personal monitors for particulate matter  o) Develop the framework to allow cost‐effective sensor‐based networks to update and inform  models  p) Develop a consistent repository for air quality data, accessible to the public  q) Determine the indoor pollutant burden and health risks  r) Determine aerosol species‐specific and particle‐size‐specific health risks  s) Develop individual exposure modelling to assess representativeness and applicability of existing air  quality data  t) Consider the need for a national forum on relevant epidemiological studies  u) Improve community engagement and communication   v) Develop educational initiatives such as Airwatch  w) Develop quality assurance techniques for crowd‐sourced data.   

2 

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT 

1 Introduction 

1.1

Background 

The Commonwealth, the States, research agencies such as CSIRO, ANSTO (Australian Nuclear Science and  Technology Organisation) and Bureau of Meteorology, and universities have collaborated for many years  on air quality research and policy development in Australia.    The Australian Government's Clean Air Research Program provided funds between 2005 and 2008 to  support practical research that directly informed national air quality management  (www.environment.gov.au/topics/environment‐protection/air‐quality/research).    In 2011 the Council of Australian Governments (COAG) identified air quality as a priority national issue. This  followed a 2010 endorsement by the Environment Protection and Heritage Council that air quality  management in Australia should take a strategic approach that integrates the setting of air quality  standards with actions that reduce air pollution and the community’s exposure to it. Particle pollution was  identified as a priority for review given its health impacts and the availability of cost effective measures to  reduce emissions and exposure.    The Ambient Air Quality National Environment Protection Measure (NEPM) is designed to protect particular  aspects of the environment in a consistent way across State, Territory and Commonwealth jurisdictions in  Australia. The 2011 review of the NEPM stated:  The recommendations support a shift in the focus of the NEPM and if adopted should assist in  minimising risk to population health from air pollution. In determining health risk, it needs to be  acknowledged that many pollutants do not have a recognised threshold for adverse health effects  (www.scew.gov.au/resource/national‐environment‐protection‐ambient‐air‐quality‐measure‐ review‐review‐report).    In October 2013, the International Agency for Research on Cancer classified outdoor air pollution and one  of its major components, particulate matter, as carcinogenic to human beings. This classification highlights  the need to ensure we have the best air quality observations and modelling tools available to address  future air quality and human health in Australia.    

National Clean Air Agreement  A meeting of Environment Ministers on 29 April 2014 agreed to work towards a National Clean Air  Agreement. The general principles of the Agreement are:   A co‐operative approach between the Commonwealth and States/Territories   A framework to respond to both existing and emerging challenges   Public engagement – air quality information services and education   A clear delineation of responsibilities.    Ministers recognised that governments, business and the community will need to be active to ensure a  clean air future. In this context, Ministers initiated work to identify strategic priorities and approaches as a  basis for a National Clean Air Agreement and agreed to consider working towards finalising an agreement  by 1 July 2016 (http://www.environment.gov.au/minister/hunt/2014/mr20140429.html).    Ministers also signalled their intention to vary the National Environment Protection (Ambient Air Quality)  Measure for particles reflecting the latest scientific understanding on health risks arising from particle  pollution (www.scew.gov.au/nepms/ambient‐air‐quality).   3 

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT    An Impact Statement on the proposed variation is expected to be released for public consultation in late  July 2014, including:   A National Health Risk Assessment on particle pollution in Australia   A Health Risk Assessment Summary for Policy Makers   A valuing particles consultancy – to help quantify the health costs associated with particle matter  that is national in scope and population weighted   An analysis of a potential national exposure reduction framework – a framework to drive continual  improvement in air quality   A review of national and international evidence of the health impacts of air pollution   An economic analysis to quantify the achievability and potential costs and benefits of different  standards   Integration of all this information in a draft Impact Statement for public consultation.    It was against this background that CSIRO, in consultation with the jurisdictions, organised and ran the  symposium in May 2014 entitled ‘Air Quality Australia: Future Research Directions’. 

1.2

Symposium objectives 

The symposium set out to determine the:   Current knowledge gaps with respect to sources and sinks of air pollution in Australia, and how  these may be addressed   Methodologies available to conduct health risk assessments of air pollution   Tools and expertise required to develop a robust exposure reduction framework for pollutants of  concern   Mechanisms to develop a national coordinated framework for addressing identified knowledge  gaps and building capability.     In preparing for the Symposium, the jurisdictions were asked to describe their future air quality  requirements and identify necessary research. Discussion sessions were held on research activities in the  areas of: exposure; bushfires, smoke and health; observations and field studies; emissions inventories;  national air quality data availability; modelling capabilities and tools; and resourcing our collaborative  research strategy. Other topics considered included the research critical for developing good policy, and  the need for an Australian air quality expert group,     Sixty‐nine attendees participated in the two‐day symposium, representing State and Territories, the  Commonwealth, universities, CSIRO, ANSTO and the Bureau of Meteorology.    An agreed output from the Symposium was a summary of the key discussion points and a set of  recommendations which could be taken forward into a five year plan. The following sections provide a  summary of the discussions and recommendations.  

4 

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT 

2 Air quality needs of the jurisdictions 

The State, Territory and Commonwealth environment agencies described their areas of priority interest and  need relating to the management of air quality. Nominated areas included human health impacts, air  pollution modelling, emission inventories, and measurements. There are many ‘hot topics’ that don’t affect  all the jurisdictions equally, but are the source of many of the enquiries they receive from their  stakeholders. These range from smoke from wood heaters and bushfires (planned and unplanned) to issues  surrounding industry and the transport sector.    Figure 1 lists the key issues identified by the jurisdictions. 

  Figure 1 The leading air quality issues identified by the Australian jurisdictions  

  Some of the issues raised by the jurisdictions were discussed in the 2011 NEPM review, such as the  applicability of NEPM air quality standards to air pollution measured at source‐impacted sites. Most of the  issues in Figure 1 are discussed in later sections of the report. Some key generic questions at the  Symposium were:   What research is needed to optimise the design of monitoring networks to fully represent  population exposures (including near‐road and near‐industry) by using a combination of modelling  and measurements?   What research is needed to find the most cost effective and practical actions to reduce emissions  and hence exposure?   How can we best assess the impact of emission reduction strategies?    How do we improve modelling for air pollution incidents (bushfires, dust storms, industrial  accidents, etc.)?  

5 

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT 

3 An exposure‐based framework 

The science needed to develop an exposure overlay modelling framework with observational and modelling  components is shown schematically in Figure 2.   

  Figure 2 Example of a framework to conduct exposure‐based modelling and observations  (AQ – air quality; LUR – land‐use regression; toxicol. – toxicological)  

  Each step embodies significant research with ongoing feedback between the steps used to improve the  overall framework. There are also underlying research issues represented in the figure as ‘Atmospheric  process studies’ – discovering and understanding the processes in the atmosphere that affect emissions,  transport, dispersion and transformation (chemical reactions) of pollutants; and ‘Epidemiological, chamber  and toxicological studies’ – discovering and understanding the processes and impacts of pollutants on  humans.    The rest of the report considers issues in the main steps starting at the top left with sections on emissions,  air quality modelling, measurements of air quality, health studies, and engagement and communication.    

6 

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT 

4 Emissions 

4.1

A one‐Australia Emissions Inventory 

The National Pollutant Inventory (NPI) is compiled on the basis of:   Why: types of activities that cause emissions and/or transfers;   What: chemical or physical identity of the included substances;   Where: area covered;   When: time over which emissions and/or transfers are estimated;   How: methodology used to calculate emissions and/or transfers.    The 2014 NPI users’ survey produced recommendations to:   develop a nationally consistent emission dataset that allows direct comparison of emissions across  jurisdictions and facilities, and with other national and international inventories (e.g. the National  Greenhouse Gas Inventory);   investigate more robust emission estimation and compilation techniques;   improve comprehensiveness and quality of NPI data, particularly for diffuse emissions;   include relevant metadata;   integrate relevant new datasets with NPI (e.g. shipping data);   consider novel promotion activities to increase awareness of the NPI resource.    Air quality modelling requires more detailed emission information than is available from the NPI. No  jurisdictions have complete emission inventories for their entire state and there are large differences  between what is available for each state. More consistency is needed to develop national emissions  reduction strategies but different jurisdictions have different priorities for their available (and limited)  resources. Better emissions inventories are also needed to ensure that international researchers use the  best available data. Currently many international studies use data to represent Australian emissions that  does not represent actual Australian conditions.     In order to support the exposure overlay framework highlighted in Figure 2 as well as other policy and  science needs, Australia needs a one‐Australia emission inventory framework with the following  characteristics:   an ongoing commitment to support and use a detailed national inventory; possibly as a virtual  centralised inventory rather than a single unified inventory;   reference to existing inventories such as NPI, NGGI and state inventories,   use of current/anticipated policy questions to help determine priorities for inventory  improvements;   sophisticated inventory science incorporating well documented, peer reviewed methods. This  needs people with relevant skills, currently in short supply in Australia;   widely adopted so that its success attracts sufficient resources to keep it at the leading edge;   improvements on the continental scale for biogenic and geogenic sources;   inclusion of shipping, port, aircraft and other non‐road emissions;   regular updates incorporating updated information and improved estimation techniques (where  necessary), but not overly burdensome reporting requirements by industry and other contributors;   accounting for future changes in the 1) fuel mix due to developments in low emission transport, 2)  managed and uncontrolled fire emissions, 3) the frequency of extreme events, 4) the greater  significance of natural and diffuse emissions as other sources are better controlled;   a publically accessible database.    7 

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT  The inventory should be:   accurate:‐ with quantified uncertainty estimates;   comparable:‐ comparable across jurisdictions with nationally standardised reporting formats,  agreed estimation techniques and emission factors;   complete:‐ include all releases from all sources relevant for the calculation of population exposure;   consistent:‐ unambiguous and uniform definitions over many years for trend analysis;   transparent:‐ information on how data is collected, measured or estimated;   verified:‐ verified emission estimates and uncertainties using atmospheric observations and  modelling;   (cost) effective:‐ the resources required to produce and maintain it should result in high quality  research and policy outcomes. 

4.2

Smoke 

The most significant sources of smoke are domestic wood heaters, planned burns, bushfires, and  agricultural burning. Fires are increasing in severity and frequency, generating significant public health  impacts. Most of the particulate matter (PM) exceedances in Sydney, for example, can be sourced to  planned and unplanned fires. Fires are difficult to study as they are episodic. Targeted modelling is needed  to assist with the management of smoke associated with fires; often this work needs to be done at short  notice and with extensive and rapid communication to emergency managers.    How best do we estimate exposure to smoke both close to the fire (near‐field, often small communities),  and in large urban areas (often far‐field but with high populations)?     Domestic wood heaters currently make a significant contribution to air pollution in some parts of Australia  during cooler months. PM10 levels from winter woodsmoke in Launceston, Tasmania, were reduced by 40%  following a series of interventions that commenced in 2001. A subsequent study [by Johnston et al. 2013.  BMJ, 346. (7890) doi: 1 0.1136/bmj.e8446] showed that this improvement in air quality was associated with  reductions in winter cardiovascular and respiratory disease by 20‐30%. Such advances are highly dependent  on community willingness to change practices, and so associated communication and community  engagement is important.       Symposium proposals for Emissions    a) Develop and support a one‐Australia pollutant emissions inventory.  b) Develop a consistent, peer reviewed methodology for constructing emissions inventories to be adopted  by all jurisdictions.  c) Concentrate resources on surveying vehicular and non‐road engines, shipping and aircraft emissions.  d) Improve mapping of vegetation types and their emissions during bushfires and planned burns.     

8 

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT 

5 Air quality modelling 

Air quality models have to consider a wide range of temporal and spatial scales, many types of source  geometries, unreactive and reactive gaseous pollutants, primary aerosols and secondary aerosols  generated from the reaction of gas‐phase precursors. Predictive models commonly used for air quality  regulation and strategic planning include Gaussian plume models, Gaussian puff models, Lagrangian  particle models, hybrid puff and particle models, Eulerian photochemical gas‐aerosol models, and statistical  models based on land use regression. In general, these are forward modelling systems in which emissions,  meteorology and land use descriptions are used to predict pollutant concentrations and exposure. Recently  forward modelling has been combined with statistical inference techniques (e.g. Bayesian approaches;  Kalman filtering) to construct inverse modelling systems. Using these, emission characteristics can be  derived from observed concentration fields and forward modelling concentration estimates.     Within this framework, the workshop discussion topics included:   Choice of model: Modelling for air quality assessments remains a challenge for some modelling  problems, which involve a wide range of space scales and with many types of emission  characteristics– e.g. mining and mineral processing industries, ports, intensive animal husbandry,  road tunnels, coal trains;   Uncertainties: It was recognised that we need to determine how to better quantify and  communicate uncertainty in model results;   Modelling the emissions and transport of smoke: Estimating plume rise for smoke plumes is a  difficult problem. There are uncertainties in estimating the fuel types burned. More studies are  needed on different vegetation burns and their emissions;   Chemistry: There is a wide range of chemical transformation processes that need to be better  understood. For example, it can be difficult to fingerprint source emissions at receptor sites when  the primary emissions have undergone chemical ageing during transport. However, inverse  modelling techniques can help here, in combination with measurements from sensor networks;   Aerosol size distributions: Sophisticated aerosol models require knowledge of the species and size  distribution of the emitted particles. However, European and US data may not be applicable in  Australia because of differences in sources (e.g. different types of vegetation) and meteorology  (e.g. all major Australian cities are on the coast), etc.;    Presentation: If too much data is presented, it can be difficult to interpret. Model animations are a  promising way to communicate the data, but 3D animations can be difficult to comprehend. We  need to determine the types of visualisations that will work best for policy makers. We need ‘big  data’ experts alongside creative visual services to make the best of model results;    Collaborations: Should we establish communities of practice (CoP) [like special interest groups] for  modellers across Australia (with international connections) to improve overall modelling skills?   What is the contribution of secondary particles to current particle levels?    How well do we understand the formation of secondary particles?   What role can be played by particle characterisation studies?   What steps are needed to improve regional modelling for primary and secondary particles?    What is required to improve regional modelling of photochemical pollutants? Do the current  modelling and inventory systems work well enough? If not, where should additional resources be  targeted?     

9 

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT 

5.1     

5.2

Air Quality Forecasting  Air quality forecasting is currently undertaken using statistical or expert systems.  Use of such systems is limited to a few of the larger jurisdictions.   Numerical air quality forecasting systems are currently being constructed for smoke forecasting in  Victoria (DEPI – Department of Environment and Primary Industries) and NSW (RFS – Rural Fire  Service, and OEH – Office of Environment & Heritage).  What do we need to do to improve regional air quality forecasts and to move to more robust local‐ area forecasts?  Ensemble modelling is popular for comparisons of meteorological conditions and will be extended  to air quality forecasts for the NSW demonstration. Is there benefit from setting up a national  approach such as the AAQFS (Australian Air Quality Forecasting System)?  

Modelling for an Exposure Overlay 

There is a need to develop an end‐to‐end flexible system which is able to generate optimal health impact  fields for use in an exposure overlay paradigm. An end‐to‐end system is:  Emissions  Chemical transport  Exposure  Health impacts  Cost‐benefit analysis (see Figure 2 for  further detail).    The components needed for such a system include:   A nationally consistent gaseous and aerosol emissions inventory;   A nationally unified observational data base;   A national approach for meteorological and chemical transport modelling, such as the Chemical  Transport Model (CTM);   A national approach for sub‐grid scale modelling, such as Land Use Regression (LUR);   Fusion of bottom up (CTM) and top‐down (LUR) approaches;   Seamless use of modelling and observations;   Use of low cost (desktop) emulators for policy development by the jurisdictions.      Symposium proposals for Air Quality Modelling    e) Develop high resolution models informed by continental and global background processes.  f) Develop desktop model emulators to enable policy development to occur at the agency level (without  the need for super‐computing resources at agency level).  g) Extend the use of and develop source‐receptor modelling (such as positive matrix factorisation) for  improved source reconciliation.  h) Establish communities of practice (CoP) [like special interest groups] for modellers and inventory  specialists. This would encourage communication between teams and foster the best use of available  skills.  i) Determine the types of visualisations that best communicate (model) results to policy makers and  others.  j) Characterise both the chemical components and size distributions of primary and secondary aerosols.       

10 

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT 

6 Measurements of air quality 

6.1

Improving observations and measurements 

The following actions were identified to improve Australian observational studies and measurements of air  quality:   Improved observational network including background sites and intensive targeted campaigns to  meet specific knowledge gaps;   Fast response monitoring for emergency response situations (e.g. Hazelwood mine fire);   Measurement studies to be combined with modelling;   A continental background monitoring ‘supersite’ and urban supersites. [Supersites include far more  extensive and detailed measurements than are made at standard monitoring sites.] Supersites  would help with the inventory verification for ultrafine particles. There are the foundations of a  supersite at Chullora, NSW. There are also other sites available and plenty of ‘unused’  instrumentation. Contribution of natural sources to background fine particle concentrations could  be targeted by a background supersite;    Examine the feasibility of an IMPROVE‐like system (www.epa.gov/ttnamti1/visdata.html) to  continuously monitor particulates to provide aerosol background concentrations and improved  emissions estimates;   Measurements of biogenic species and NOx emissions;    AIRBOX – a mobile facility. AIRBOX could be a supersite by itself;    More use of satellite observations. In 2015 there will be 1‐2 km resolution data available. A new  CALIPSO (http://www‐calipso.larc.nasa.gov) product will be useful for ground level concentrations.  Satellite data cannot be used without surface observations for ground‐truthing;    Unmanned aerial vehicles could measure vertical profiles and boundary layer dynamics;   Establishment of a network of low cost fixed and mobile sensors;   In cities, we should measure CO2 and CH4 to assist identifying the amount of fuel burnt;   Establishment of an air quality expert group to help determine research priorities;   Monitoring of black carbon in ambient air; standardised measurements are needed;   Intensive field campaigns for model validation;   New smog chamber at CSIRO North Ryde could be used study atmospheric chemistry of VOCs and  other reactive pollutants;   Should we be measuring PM1, ultrafine particles, particle number, and black carbon?    Are these needed for health studies, model development?    Do we need to do more speciation studies? Do we need a national speciation network? What  would a network look like and what species would be the priorities?  

6.2     

Personal monitoring equipment  Are there inexpensive and/or novel methods that may assist in estimating population exposure?  What are the developments in personal exposure monitors for particulates?  Discussion of personal monitoring equipment included reference to the Framework 7 project in  Europe on environment and health (cordis.europa.eu/fp7), and to ACCENT (http://www.accent‐ network.org) and PEGASOS (http://pegasos.iceht.forth.gr).  How can we make best use of the results from personal monitors that are not calibrated?  Personal monitors could play a significant role in better understanding indoor exposures; 

 

11 

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT  

6.3

There is a link here between having communities involved in personal monitoring and the  discussion in Section 8 on engagement and communication.  

A national air quality database 

In 2006, a memorandum of understanding between the Bureau of Meteorology and the then Department  of Environment and Heritage formed the basis for establishing a database of national air quality data to  assist with the NEPM review that commenced in 2007. The funding for this initiative ceased after a couple  of years and the database has not been updated since. The Bureau of Meteorology’s Environmental  Information Service is currently investigating the feasibility of establishing a National Air Quality Data  Service.     Should this be similar to the one‐stop shop (website) for national air quality monitoring data  available in other countries, such as AirData in the US (http://www.epa.gov/airdata) and AirBase in  Europe (http://acm.eionet.europa.eu/databases/airbase)?     The Australian Urban Research Infrastructure Network serves as example of how our air quality database  could operate (www.aurin.org.au). Australian networked air quality data is already available internationally  from sites such as http://aq.ajosoft.com. This site shows the data relative to USEPA standards, which is  useful interpreting the data but does not reflect Australian standards.     Should the national database link into other data, such as ANSTO’s Aerosol Sampling Program  which has been measuring PM2.5 concentrations twice a week for 10 years in several Australian  locations?   Who should have access to data?   What additional work needs to occur so that the national air quality database delivers to a broad  audience?   Is there an audience for a national database outside of the public sector and research  communities?      Symposium proposals for Measurements of Air Quality    k) Undertake intensive targeted measurement (and modelling) campaigns to meet specific knowledge  gaps.  l) Enhance observational network through the inclusion of ‘supersites’.  m) Consider establishing an Australian air quality expert group.  n) Collaborate on developing personal monitors for particulate matter.  o) Develop the framework to allow cost‐effective sensor‐based networks to update and inform models.  p) Develop a consistent repository for air quality data, accessible for the public.       

12 

AIR QUALITY AUSTRALIA: FUTURE RESEARCH DIRECTIONS   SYMPOSIUM REPORT 

7 Health studies 

7.1

Exposure 

Particulate matter is Australia’s air pollution policy priority because it contributes far more to population  morbidity and mortality than any other pollutant. Although the WHO Global Burden of Disease study had  ambient PM as sixteenth on the list of Australian risk factors, most of the higher risks are lifestyle choices  that can be remedied by individual action. This option is not available for ambient air pollution.    The methodological issues for determining exposure to particulate matter are:   agreed accurate exposure measurement devices;   sufficient observation sites and exposed population size;   sufficient variance in relative levels of exposure to PMcoarse:PM2.5:PM1 between sites or within a site  seasonally;   sufficient sites with particle speciation data.    Key research questions raised were:   What are the shorter term (