جامعه به دانشمندان کمک می کند پیش بینی دود را ارزیابی کنند

2023 نویسنده: Vanessa Kennett | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-05-20 17:32

در طول تابستان دودآلود 2018، دو آتش سوزی جنگلی در شهرستان یوتا، مجموعاً 121000 هکتار را سوزاند و دود را به دره های جبهه واساچ ریخت. دانشمندان جوی همیشه در تلاش هستند تا نحوه حرکت دود از آتش سوزی را بهتر پیش بینی کنند، همانطور که برای پیش بینی طوفان ها و طوفان های برفی کار می کنند.

اما آتش‌سوزی‌های سال ۲۰۱۸ فرصتی بی‌نظیر برای دانشمندان فراهم کرد. در سراسر Wasatch Front، هم محققان و هم اعضای جامعه حسگرهای کیفیت هوای کافی را برای ارائه تصویری با وضوح بالا از نحوه حرکت دود در دره - مناسب برای آزمایش و اصلاح مدل‌های پیش‌بینی دود، نگهداری می‌کنند.

درک مالیا، استادیار پژوهشی در دپارتمان علوم جوی، می‌گوید: «این پیش‌بینی شبیه به پیش‌بینی آب و هوای بارانی یا شرایط صاف است، مگر اینکه اکنون می‌توانیم آن را برای دود انجام دهیم.»

مالیا و همکارانش، از جمله محققانی از گروه مهندسی شیمی و دانشکده محاسبات، نتایج خود را در مجله تحقیقات ژئوفیزیکی-اتمسفر منتشر کردند.

شبکه کیفیت هوا

کیفیت هوا موضوعی با اولویت برای یوتان ها است. به دلیل جغرافیای کوهستانی دره دریاچه نمک، این منطقه در فصل زمستان دچار وارونگی دمایی می شود که آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه ای را به دام می اندازد و اغلب منجر به شرایط ناسالم هوا می شود. محققان، به‌ویژه آنهایی که در ایالات متحده آمریکا هستند، بر درک و اندازه‌گیری شرایط هوا در دره از طریق شبکه‌ای از حسگرهای درجه تحقیقاتی تمرکز کرده‌اند. آن‌ها همچنین حسگرهایی را روی وسایل نقلیه‌ای که در دره حرکت می‌کنند قرار داده‌اند: قطار سبک TRAX، اتومبیل‌های Google StreetView و یک ون با نام محبت آمیز «NerdMobile»."

اعضای جامعه نیز حسگرهای خود را حفظ می کنند. کری کلی، استادیار مهندسی شیمی، و همکارانش حسگرهای ذرات به هم پیوسته کم هزینه ای را توسعه داده اند که توسط صاحبان خانه در سراسر دره دریاچه نمک نگهداری می شود و وضوح اندازه گیری ها را بهبود می بخشد. شبکه حسگر ارزان قیمت Air Quality and yoU یا AQ&U نامیده می شود. آلودگی هوا به طور یکنواخت توزیع نمی شود و همه این حسگرها در کنار هم به محققان کمک می کنند تا مکان، زمان و چرایی هوای آلوده را درک کنند.

دود مدلینگ

با این حال، در تابستان‌های یوتا، وارونگی دما مشکلی نیست. اما دود ناشی از آتش‌سوزی‌های غرب است.

"مالیا می گوید: "از نقطه نظر عملی، دود متغیر دیگری است که باید در پیش بینی آب و هوا در نظر بگیریم." "دود نیز مانند تاثیر آب و هوای ناآرام مانند برف یا رعد و برق بر فعالیت های روزمره ما می تواند نقش مهمی ایفا کند.او می‌گوید: "به ویژه افراد مبتلا به آسم یا سایر بیماری‌های تنفسی یا قلبی عروقی آسیب‌پذیر هستند. دود همچنین می‌تواند بر تفریحات تأثیر بگذارد. چه کسی می‌خواهد وقتی یوتا پر از دود است به گشت و گذار برود؟"

مدل هایی که حرکت دود را پیش بینی می کنند باید اعتبارسنجی شوند یا با مشاهدات مقایسه شوند تا مطمئن شوند که شرایط دود را با دقت معقول شبیه سازی می کنند. اما هنگامی که آتش سوزی در مکان های دور افتاده رخ می دهد، تعداد محدود سنسورهای کیفیت هوا معمولا برای ارزیابی مدل ها کافی نیست. اینجاست که شبکه کیفیت هوای دره دریاچه نمک وارد می شود.

آنچه شبکه دید

در فصل آتش سوزی 2018، نزدیک به 60000 آتش سوزی نزدیک به 9 میلیون هکتار از جمله بیش از 18000 خانه را در سراسر ایالات متحده سوزاند. پس از ماه‌ها شرایط گرم و خشک، آتش‌سوزی‌های Pole Creek و Bald Mountain تقریباً 121000 هکتار را در مرکز یوتا سوزاندند. دود دره های جبهه واساچ را پر کرده بود که خوشبختانه به ابزار دقیق کیفیت هوا مجهز بودند.هنگامی که آتش به طور ایمن مهار شد، محققان یک فرصت علمی را دیدند.

مالیا، کلی، پروفسور لوگان میچل، استادیار تحقیقاتی U و همکارانش از جمله پروفسور آدام کوچانسکی از دانشگاه ایالتی سن خوزه و پروفسور یان ماندل از دانشگاه سی‌یو دنور، به داده‌هایی که از حسگرها به دست آمد - هر دو در درجه پژوهشی - نگاه کردند. سنسورها و نسخه های ارزان قیمت در خانه های مردم. نتایج آنها نشان داد که اندازه‌گیری ذرات معلق در هوا توسط حسگرهای کم‌هزینه تا 10 درصد اندازه‌گیری‌ها در سنسورهای درجه تحقیقاتی نزدیک بود.

پیش‌بینی‌های دود از این مدل زمان رسیدن دود را نشان می‌دهد، اما مقدار آن را نشان نمی‌دهد - محققان دریافتند که پیش‌بینی میزان دود را دو برابر بیشتر تخمین زده است. این نتیجه به دانشمندان کمک می‌کند تا سپس به مدل برگردند و دلیل آن را دریابند تا نسخه بعدی دقیق‌تر باشد.

نتایج همچنین بینش هایی در مورد اینکه چگونه دره های کوهستانی می توانند دود را پراکنده کنند به دست داد.به عنوان مثال، "مالیا" می گوید، "ما متوجه شدیم که بادهای دره در طول شب می توانند هوای تمیزتر کوهستان را به داخل دره فیلتر کنند، به همین دلیل است که هوای آلوده کمتری را در نزدیکی نیمکت های دره مشاهده کردیم."

ارزش جامعه

Mallia می‌گوید که حسگرهای قطارهای TRAX در پوشش بیشتر زمین نسبت به یک مانیتور ثابت هوا بسیار ارزشمند بودند و مشارکت اعضای جامعه با حسگرهایی در اطراف خانه‌هایشان برای گسترش بیشتر منطقه مطالعه کلیدی بود.

«فضای زیادی در دره وجود دارد که مالکیت خصوصی دارد، بنابراین جلب مشارکت مردم تنها راهی است که می‌توانیم به درستی از مناطق مختلف در سراسر دره دریاچه نمک نمونه برداری کنیم. "این به ما امکان می دهد نقاط بیشتری را در دره نمونه برداری کنیم و به ما اعتماد به نفس بیشتری نسبت به شناسایی نقاط قوت و ضعف پیش بینی های دودمان می دهد."

متاسفانه، او می افزاید، روزهای پر دود در آینده بیشتر خواهد شد.پیش‌بینی می‌شود که تغییرات آب و هوا شرایط گرم و خشک را بیشتر می‌کند، که دستور العمل مناسبی برای آتش‌سوزی‌های جنگلی متعدد و شدیدتر است. پیش‌بینی‌ها نمی‌توانند از آمدن دود بیشتر از حدی که پیش‌بینی‌های آب‌وهوا می‌توانند از کولاک یا طوفان جلوگیری کنند، جلوگیری کنند - اما می‌توانند به همه ما کمک کنند تا آگاه و آماده باشیم.