低成本傳感器可以實時測量火山煙霧暴露

在一項新研究中，一組科學(xué)家首次使用低成本的空氣質(zhì)量傳感器網(wǎng)絡(luò)實時繪制居民的污染暴露情況。測量空氣質(zhì)量的新解決方案可以幫助未來的人們避免生病，因為空氣污染是全球過早死亡的最大單一環(huán)境風(fēng)險因素。

該研究的主要作者兼助理教授Benjamin Crawford博士說：“我們能夠估計精細規(guī)模的人群暴露于多種污染物的情況，測量火山排放的化學(xué)轉(zhuǎn)化，并提供實時觀測作為應(yīng)急管理工作的一部分。”科羅拉多大學(xué)丹佛分校地理與環(huán)境科學(xué)系。克勞福德與麻省理工學(xué)院和夏威夷大學(xué)的研究人員合作。

該研究發(fā)表在PNAS雜志上。

災(zāi)難性事件期間的實時監(jiān)控

2018 年基拉韋厄火山爆發(fā)時，熔巖覆蓋了夏威夷島的部分地區(qū)，但被稱為“vog”的火山煙霧淹沒了它。vog 含有危險水平的細顆粒物和二氧化硫氣體，威脅到島上順風(fēng)人口的健康。

在 2018 年之前，基拉韋厄火山在過去的 35 年里一直以小得多的規(guī)模持續(xù)噴發(fā)。2017 年底，克勞福德的團隊開始了一個項目，測量陰燃火山下風(fēng)向的空氣質(zhì)量，并與當(dāng)?shù)貙W(xué)校合作安裝傳感器。

“我們認(rèn)為不著急，”克勞福德說。該團隊擁有少量低成本傳感器 (LCS) 原型，并在 2018 年 5 月火山開始認(rèn)真噴發(fā)時開始在島上奠定基礎(chǔ)。該團隊立即采取行動。他們飛到島上，并在 10 天內(nèi)建立了網(wǎng)絡(luò)。

該團隊使用了 30 個專門設(shè)計和部署的節(jié)點來監(jiān)測構(gòu)成 vog 的原生火山二氧化硫 (SO2) 氣體和二次顆粒物 (PM2.5) 的混合物。他們的研究成為第一個在極端空氣質(zhì)量事件期間實時使用低成本傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究。

跟蹤羽流的化學(xué)轉(zhuǎn)化

在火山噴發(fā)的下游，該團隊發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)站測量的每小時 PM2.5 和 SO2 濃度峰值分別可能超過 75 微克/m-3 和 1200 ppb。LCS 網(wǎng)絡(luò)的密度能夠?qū)鹕絿姲l(fā)期間人類暴露于兩種污染物的情況進行高度精細的估計——這是使用預(yù)先存在的空氣質(zhì)量測量結(jié)果無法做到的。

與二氧化硫 (2%) 相比，羽流動力學(xué)使島上更大比例的人口 (46.7%) 暴露在更高水平的細顆粒 PM2.5 中。此外，該網(wǎng)絡(luò)能夠跟蹤火山噴發(fā)順風(fēng)向的火山羽流的化學(xué)演化。測量發(fā)現(xiàn)平均 SO2 轉(zhuǎn)化時間約為 36 小時，這首次證明了分布式 LCS 網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)實環(huán)境中觀察反應(yīng)動力學(xué)和量化空氣污染物化學(xué)轉(zhuǎn)化的能力。

“我們很清楚污染的去向，因此我們能夠跟蹤和測量煙羽的化學(xué)轉(zhuǎn)化，”克勞福德說。“這是我們第一次觀察到羽流的化學(xué)成分以及它是如何順風(fēng)行進的。很高興看到我們的方法奏效。”

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