ناسا تقود مهمة لرسم خريطة لتلوث الهواء بشكل ثلاثي الأبعاد فوق المدن الكبرى.. أول أداة تقيس جودة الهواء بدقة عالية

هذا الصيف ، بينما غطت دخان حرائق الغابات مساحات شاسعة من أمريكا الشمالية ووصول الضباب الصيفي المُثير للحرارة إلى ذروته الموسمية ، تنشر وكالة ناسا وشركاؤها عدة أدوات جديدة لمراقبة جودة الهواء والتلوث من الشارع إلى الستراتوسفير.

تم إطلاق TEMPO في المدار في وقت سابق من هذا الربيع ، وهو اختصار لانبعاثات التروبوسفير: مراقبة التلوث، وهو أول أداة قمر صناعي تقيس جودة الهواء فوق أمريكا الشمالية كل ساعة (خلال ساعات النهار) وبدقة تبلغ بضعة أميال مربعة.

يمتد مجال رؤيتها من مكسيكو سيتي إلى وسط كندا، ومن المحيط الأطلسي إلى المحيط الهادئ، ستبدأ قريبًا أحدث أداة لكيمياء الغلاف الجوي تابعة لوكالة ناسا في إرسال البيانات للاستخدام العلمي.

وفي الوقت نفسه ، على بعد حوالي 22000 ميل أدناه ، ستكمل مهمة منفصلة تابعة لوكالة ناسا قياسات الأقمار الصناعية الجديدة برصدات جودة الهواء من الميدان. تتضمن حملة صيف 2023 أسطولًا من الطائرات ، ومختبرات على عجلات ، وبالونات الطقس ، ومئات العلماء الذين حشدوا لتتبع التلوث بتفاصيل غير مسبوقة.

تقوم هذه المهمة ، Synergistic TEMPO Air Quality Science (STAQS) ، بفحص الهواء الذي نتنفسه في العديد من المراكز السكانية في أمريكا الشمالية: مدينة نيويورك وشيكاغو ولوس أنجلوس وتورنتو.

الهدف هو رسم خريطة لملوثات الهواء من الأرض إلى طبقة التروبوسفير العليا ، وتتبع من أين أتوا وكيف تتغير ساعة بساعة ، وتحديد الأحياء المعرضة بشكل غير متناسب للهواء غير الصحي.

“إنه مزيج من بيانات الأقمار الصناعية والمحمولة جواً والأرض هو الذي سيساعد في الإجابة على السؤال الأساسي: ما الذي نتنفسه؟” قال باري ليفر ، رئيس برنامج التكوين التروبوسفيري في مقر ناسا في واشنطن. “يمكننا رسم خريطة لأوجه عدم المساواة كما لم يحدث من قبل”.

أحد الملوثات الرئيسية التي سيراقبها فريق STAQS و TEMPO هو ثاني أكسيد النيتروجين ، أو NO 2 ، والذي ينبعث عادة من أنابيب العادم والمداخن ومكون رئيسي في الأوزون على مستوى الأرض ، أو الضباب الدخاني. ستقوم البعثات أيضًا بقياس الجسيمات الدقيقة والمركبات العضوية المتطايرة مثل الفورمالديهايد والميثان وثاني أكسيد الكربون ، وهما من الغازات الدفيئة القوية التي تحبس الحرارة في الغلاف الجوي للأرض.

لا يعمل فريق STAQS بمفرده. تقود NOAA الحملة الميدانية AEROMMA التكميلية لدراسة تلوث الهواء هذا الصيف ، وهي واحدة من العديد من الجهود التي تقودها الحكومة والجامعة. مع متعاونين من أكثر من 20 جامعة والعديد من الاتحادات الإقليمية وحكومات الولايات والحكومات المحلية ، بالإضافة إلى الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) ووكالة ناسا (NASA) والوكالات الفيدرالية الأخرى ، يعمل العلماء معًا “لبناء مجتمع جودة الهواء من الساحل إلى الساحل أقوى من مجموع أجزاء ، “قال ليفر.

جودة الهواء أفضل ، لكن ليس في كل مكان

قالت لورا جود ، المدير المساعد لبرنامج تطبيقات الصحة وجودة الهواء في برنامج العلوم التطبيقية التابع لناسا ، إن تحسين جودة الهواء هو أحد قصص النجاح العظيمة في العقود العديدة الماضية، أدت اللوائح إلى تخفيضات كبيرة في انبعاثات ثاني أكسيد النيتروجين الضارة وخفضت ثاني أكسيد الكبريت – أحد العوامل الدافعة للمطر الحمضي – إلى حد كبير بحيث يصعب اكتشاف الأخير باستخدام أدوات الأقمار الصناعية.

قالت جود: “لكن التحدي يكمن في أن قضايا جودة الهواء الرديئة أصبحت أكثر محلية”.

على سبيل المثال ، في شيكاغو – مركز شحن – سيقوم فريق STAQS بمراقبة الأوزون الذي يتجمع على طول ساحل بحيرة ميشيغان ، بالإضافة إلى المستويات العالية من عوادم الشاحنات التي تؤثر على الأحياء المحيطة بالمستودعات الكبيرة. يعد تحديد مثل هذه التناقضات أمرًا حيويًا لأنه عندما تتجاوز مستويات تلوث الهواء المحلية المعايير الفيدرالية ، يمكن أن تؤدي الملوثات إلى تفاقم أمراض الرئة مثل الربو وانتفاخ الرئة والتهاب الشعب الهوائية المزمن بين الأشخاص الذين يعيشون ويعملون في المنطقة.

قالت جود ، التي تقود المكون الجوي في STAQS. “هل تتركز ملوثات الهواء المحلية حول المطارات؟ هل تأتي من مركبات متوقفة عن العمل بالقرب من المستودعات”الأشخاص الذين يتخذون قرارات بشأن جودة الهواء التي تؤثر على المجتمعات يحتاجون إلى المعلومات الأكثر دقة ودقة قدر الإمكان”.

ولتمكين هذا المستوى من الدقة ، ينشر فريقها طائرتين بحثيتين مزودتين بأجهزة استشعار عن بعد ، بما في ذلك مقاييس الطيف التي تعمل بمثابة وكيل لجهاز TEMPO الجديد في الفضاء. سيتم تركيب “TEMPO على متن طائرة” على طائرة Gulfstream-V التي يوفرها مركز جونسون للفضاء التابع لناسا ، وسيتم نقلها فوق المدن المستهدفة لرسم خريطة للملوثات تصل إلى ثلاث مرات في اليوم. الهدف هو فهم أفضل لكيفية تأثير عوامل مثل أنماط حركة المرور والطقس على جودة الهواء في أوقات مختلفة من اليوم. كما سيساعد العلماء على تقييم البيانات المبكرة القادمة من “الشيء الحقيقي” في مدار فوق الأرض.

قال جون سوليفان ، الذي يقود العمليات الأرضية لـ STAQS ويدرس كيمياء الغلاف الجوي من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا ، إنه من الأهمية بمكان فهم كيفية تغير جودة الهواء ساعة بعد ساعة ، وميلًا بعد ميل ، لأن كل مجتمع لديه قصة فريدة يرويها. أثناء تحليق الطائرات فوقها ، ستستخدم فرق الدعم الأرضي مقطورات بحثية مجهزة بأحدث أجهزة الاستشعار.

قال سوليفان ، عالم مشروع شبكة أوزون تروبوسفير ليدار (TOLNet) ، وهي شبكة عالية الطاقة من الليزر تستخدم لتحديد الملوثات وتحديد مواقعها: “معًا يمكننا الحصول على منظور ثلاثي الأبعاد لتلوث الهواء يتحرك ويختلط في طبقات مختلفة من الهواء”.

على سبيل المثال ، أثناء نشر STAQS في نيويورك ، تعاونت الفرق الأرضية لتتبع عمود من الأوزون بارتفاع 1.5 ميل (2.4 كيلومتر) يتحرك في اتجاه الريح عبر لونج آيلاند ساوند وشاطئ كونيتيكت في غضون 8 ساعات.

ستعمل أدوات الاستشعار عن بعد مثل TOLNet و Pandora – وهي شبكة عالمية من مقاييس طيف مسح السماء التي تقيس العديد من نفس الغازات النزرة مثل TEMPO – بشكل منتظم خلال حملة STAQS ، مما يوفر “نقاط ربط” للمهمة. علاوة على ذلك ، سيتم تشغيل العديد من أدوات STAQS في المناطق التي توجد بها معدات تحليل الغازات النزرة التي تديرها وكالات جودة الهواء الوطنية والمحلية. إن الجمع بين جهود القياس وأدواته سيسمح للعلماء بمقارنة جميع الملاحظات وزيادتها.

قال سوليفان : “في نهاية اليوم ، سيكون المستخدمون المتميزون لنتائج STAQS وبيانات TEMPO هم وكالات جودة الهواء المحلية الذين يحاولون بشكل أساسي الإجابة على أسئلة حول الصحة العامة والنقل الكيميائي لملوثات الهواء “، “نريد أن نقدم لهم البيانات التي يمكن أن تساعد في الإجابة على هذه الأسئلة.”