משבר גדל באוויר שאנו נושמים

שריפות הפרזות באופן דרמטי בתדירות, בחומרה ובהישגים גאוגרפיים בשני העשורים האחרונים, מגמה הקשורה באופן הדוק לשינוי האקלים ולפרקטיקות ניהול הקרקע.הזריקות העשן שנוצרו על ידי שריפות אלה יכולות לנסוע אלפי קילומטרים, להפחתת איכות האוויר הרבה מעבר לאזור השרוף ולחשוף מיליוני אנשים לרמות מסוכנות של חומר חלקי (PMFalLT:02.5LTF:1), פחמן חד-חמצני ואפקטים אחרים של אבטחה, דורשות של השפעות סביבתיות, וחיזוי של תרופות, ואפקטים, רק על ידי השפעות סביבתיות, ואפקטים.

מה זה איכות הסביבה בקונטקסט של עשן אש?

מודלים סביבתיים לעשן שריפות בר הם תהליך חישובי של תיקון רצף האירועים בעולם האמיתי באמצעות תחבורה עשן וטרנספורמציה כימית.המסגרות הנפוצות ביותר משלבות שלושה מרכיבים עיקריים:

  • (FLT:0)Fire Emission Models:FLT:1 Assessment את הסכום והרכב שלמזהמים ששוחררו על בסיס סוג דלק, עוצמת אש ואזור נשרף.לדוגמה, המרכז הלאומי למחקר אטמוספירי (NCAR) משתמש בטעינה דלק מרוסנת ועוצמה קורנטיבית לחשיבה של פליטות שעה.
  • (FLT:0) אטמוספירי תחבורה ודיספרסיון מודלים: ⁇ FLT:1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • מודל הטרנספורמציה הרפורמית: FLT:1 [WEB] חשבון לתגובות בצנרת העשן - כגון היווצרות של אוזון ואווירסולמות אורגניות משניות - אשר יכול לשנות את הרעילות ואת חיי המזהמים.המודל הרב-ממדי של איכות האוויר (CMAQ) מבצע לעתים קרובות תפקיד זה בקנה מידה אזורי.

מודלים אלה אינם עומדים; הם מקיפים את המטאורולוגיה בזמן אמת (מהירות רוח, טמפרטורה, לחות), נתוני פני השטח הקרקע (טופוגרפיה, סוג צמחייה), ותצפיות לוויין (עומק אופטי ארוסול, נקודות חמות אש) כדי לייצר פלטות המעדינות כל כמה שעות. תחזיות תפעוליות, כגון אלה לרוץ על ידי AirNow Fire ומפת עשן, להשתמש בחבילה זו של כלים לספק תחזיות פונות לציבור.

מפתחי מכונות שמניעות את המודל

ביצועי המודל תלויים במידה רבה באיכות ובזמן של קלטות. Fire perimeter והנתונים אינטנסיביים של לווינים כמו MODIS ו- SeventhRS מספקים מיקום ושחרור אנרגיה קרוב-מציאותי.תחזיות מזג האוויר ממערכת התחזיות העולמית (GFS) או מודל Mesoscale צפון אמריקה (NAM) מניעים את חישובי הדלק של התחבורה.

תחזית איכות האוויר: החל מ- Plume לשכונות

אחת האפליקציות המעשיות ביותר של עשן אש בר-פיית צופה ריכוז הקריטריונים, במיוחד PMIRFLT:02.50303FLT:1, שהוא קטן מספיק כדי לחדור עמוק לתוך הריאות ולהזין את זרם הדם.מודלים יכולים לצפות ריכוזים אלה באזור (מאות קילומטרים) וקשקשים מקומיים (בגובה של קילומטר) בהתאם לרשת הרזולוציה.

זיהום של דאגה ראשונית

  • (ב) [ה][דרוש מקור]] ב[[1924]] וב[[1924]]]]]] ו[[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]] [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]
  • (ב) (ב) ,0)Carbon Monoxide (CO): FLT:1 (מוצר של התלקחות בלתי שלמה שיכול להגיע לרמות מסוכנות ליד האש ובאזורי ההדבקה.
  • (ב) ⁇ (הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) פוליציקל Aromatic hydrocarbons (PAHs) ו רעילים אחרים:FLT:1 ידוע carcinogens כי הם פתורים במהלך הבעירה.

מודלים סביבתיים חזו כי אלה הם בשתי דרכים:0קבועים (FLT:0) 1 (ערך יחיד הטוב ביותר עבור תא רשת) ו-FLT:2probabilisticFLT 3: 3 (טווח של ריכוזים עם סבירות קשורה) EPA של EPA EPA LT:4 AirNowF:5 מערכת מספקת תחזיות מתודולוגיות, בעוד שמקובלים מרובים, כמו תחזיות קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת קרינת LT 7F.

מחקר: 2020 Western US Wildfires

בעונת האש הקטסטרופלית של 2020 בקליפורניה, אורגון ווושינגטון, מודלים סביבתיים חזו במדויק כי PMFLT:02.5cioFLT:1 ריכוזים יעלו על 500 מיקרוגרם / m3 - יותר מ -20 פעמים תקן 24 שעות ביממה של EPA - אזורים מאוכלסים כגון פורטלנד ו- סיאטל, סוכנויות בריאות ציבוריות השתמשו בתחזיות אלה כדי לגרום לסגת בתי ספר גבוהים, לבטל אירועים בחוץ, להפיץ N95 הודעות חירום לאחר ביקורי חירום מופחתים.

הערכת סיכונים לבריאות הציבור: מריכוז לבריאות

ברגע שמודלים מייצרים הערכות חשיפה, אפידמיולוגים וסוכנויות בריאות משתמשים בהם כדי לאפיין סיכון.תהליך זה כולל תרגום ריכוזים מזוהמים להשפעות בריאותיות צפויות באמצעות פונקציות של ריכוז-תגובה שמקורן בעשרות שנים של מחקר אפידמיולוגי.

השפעות בריאות ישירות

  • (FLT:0) תנאי הנשימה: 1) Asthma החריפה, ברונכיטיס, תפקוד ריאות מופחת, ורגישות מוגברת לזיהומים כגון COVID-19 ילדים, מבוגרים, ואלה עם מחלת ריאות מוקדמת הם פגיעים ביותר.
  • (ב) [ה]האפקטים הקרופולוסקולריים: FLT:1hav Attacks, שבץ, ו arrhythmias נקשרו לחשיפה לעשן שריפות בר, אפילו בריכוזים בינוניים.
  • (FLT:0) סיכונים רבי-פרימיטיביים ופיתוחיים: מחקרים הקשורים לחשיפה לעישון מוגבר במהלך ההריון עם משקל לידה נמוך, לידה מוקדמת ועיכובים התפתחותיים.
  • (FLT:0) השפעות בריאות האדם: FLT:1 אירועי עשן מורחבים גורמים לחרדה, דיכאון, ולחצים פוסט טראומטיים, במיוחד בקרב evacuees וקהילות קו החזית.

אוכלוסיות חריפות וצדק סביבתי

מודלים סביבתיים גם לעזור לזהות קהילות מושפעות באופן לא פרופורציונלי. שכונות בעלות הכנסה נמוכה לעתים קרובות יש יותר נטל בריאות טרום-השכבות וגישה נמוכה יותר למיזוג אוויר, מקלטים אוויריים פנימיים נקיים, ובריאות.קהילות ילידיות נשענות על פרנסות בחוץ או מנהגים תרבותיים להתמודד עם סיכונים ייחודיים.על ידי מניעת חשיפה לעשן ממוקדת מודל עם נתונים דמוגרפיים, קובעי מדיניות יכולים למקד משאבים ניידים כגון מערכות אוויריות ואזהרות אוויריות ואוכלוסיות בסיכון גבוה ביותר.

דוגמה הרסנית מגיעה מ- 2021 פסיפיק נורת'ווסטרן ושריפות ברות במקביל.מודלינג הראה כי ריכוזי עשן באזורים בעלי הכנסה נמוכה של יאקמה, וושינגטון, היו גבוהים פי שניים משכונות עשירות יותר, בעיקר בגלל הבדלים בטופוגרפיה מקומית ובקרבה לארץ הדומה לאש.זה הביא את מחלקת האקולוגיה של המדינה להקדיש כספים לפירוק מערכות HVAC ביחידות דיור ציבוריות.

אתגרים בדוגמנות סביבתיות לעשן שריפות

למרות התקדמות משמעותית, מודלים סביבתיים עומדים בפני מספר מגבלות מתמידות המשפיעות על האמינות ושימושיות בקבלת החלטות בריאות הציבור.

אבטחת מידע וייצוג

גורמי רשות - כמות של זיהום המשוחרר ליחידת דלק שנשרף - הם מאוד לא בטוחים כי הם תלויים לחות דלק, עוצמת אש, ושלב הבעירה (הפלה לעומת smoldering) הנוכחי מודל נתונים לעתים קרובות להשתמש בממוצעים גלובליים שאינם משקפים הבדלים אזוריים בצמחייה. יתר על כן, זיהוי לוויין של פעילות אש יכול להיות מערפל על ידי עננים ועשן עבה, משאירה בזרם קלט אווירי, במיוחד עבור חומרי גלם (אך) הוא אמצעי בקרה כפריים קשים, אך ורק באזורים מרוחקים).

מודל החלטה

רוב המודלים התפעוליים לרוץ בגדלים של 12 עד 36 קילומטרים, אשר אינם מצליחים ללכוד תכונות בקנה מידה בסדר גודל כמו זרמי ניקוז ערוץ עשן לתוך עמקים שבהם אוכלוסיות חיים. מודלים ברזולוציה גבוהה (1-4 ק"מ) קיימים אך דורשים משאבים חישוביים עצומים, מה שהופך אותם ללא פשרניים לחיזוי בזמן אמת על פני אזורים גדולים. מדרגה זו מובילה להתאמה שיטתית של ריכוזים בשטח מורכב.

עיבוד בזמן אמת ועוצמה

עיכובים בין גילוי אש, הטמעת נתונים ופרסום חיזוי יכולים להיות שעות, שבמהלכן ייתכן שהאש גדלה או השתנתה.עבור שריפה מהירה, תחזית שגם בת ארבע שעות עלולה להיות לא מדויקת באופן מסוכן.

מורכבות כימית

כימיה עשן אינה מובנת לחלוטין.לדוגמה, היווצרות של פחמן חום - מרכיב אור-האור שמשפיע על קרינה ותחבורה - והשינוי של מתכות רעילות עדיין אזורי מחקר פעילים.מודלים התעלמו מתהליכים אלה עשויים להעריך באופן שגוי גם את הריכוז וגם את הרעילות של העשן.

כיוונים עתידיים: הדור הבא של חיזוי עשן

מחקר ופיתוח נועדו להתגבר על האתגרים הללו באמצעות מספר דרכים מבטיחות.

שילוב של בינה מלאכותית ולמידה של מכונות

אלגוריתמי למידת מכונות יכולים ללמוד דפוסים מורכבים משריפה היסטורית, מזג אוויר ונתונים איכותיים, לעתים קרובות לגלות שיטות סטטיסטיות מסורתיות.לדוגמה, רשתות עצביות יכולות לחזות PMIRFLT:02.5033FLT:1 ריכוזים במקומות לא מזוהים על ידי שילוב של רטיוולים לווייניים, שדות מטאורולוגיים, ולהשתמש בנתונים אלה הם מהירים יותר לרוץ (once) וניתן למלא על ידי מודלים המבוססים על ידי תחזיות פיזיקליפות.

שיפור יכולת הלוויינים

הדור הבא של לווייני גאותות, כגון ה- NOAA's GOES-18 והדור השלישי של אירופה, מספק עדכונים כל 5-10 דקות לגילוי אש וחיפוש אווירול.העתיד של NOAA:0 [נאס"א] מצפה מערכת כדור הארץ מצפה הכוכבים של נאס"א 1 יכלול חיישנים שנועדו במיוחד למדוד ליד ראש הממשלהFIRLT:22.5FLT3 ממרחב, מהפכה ראשונית שעשויה לזרזת מהפכה.

מדע הקהילה-המרכזי מודלים ואזרחי

חיישנים באיכות האוויר נמוכה (למשל, סגול) כיום מספר רב של עשרות אלפי.כאשר מקיפים ובולטים לתוך מודלים, נתונים אלה יכולים לשפר באופן דרמטי את דיוק המקומי. קבוצות מחקר כגון FLT:0 תוכנית המחקר האוויר של EPA של הסוכנות מחקר אווירי FLT:1 מפתחים שיטות לסינון נתונים מקודדים תוך חשבונאית עבור הטיות חיישן.

תחזית בריאות משולבת

הגבול הבא הוא הפיכה של איכות האוויר תחזיות עם מערכות נתונים בריאות בזמן אמת, כגון רשומות הפרשות מחלקת חירום ומכירות בית מרקחת של תרופות אסתמה. כמה תוכניות פיילוט - למשל, באזור Sacramento של קליפורניה - עכשיו בעיה "אזהרות בריאות" אשר מעריך, למשל, עלייה הצפויה ביקורים אסטמה וממליץ על פעולות ספציפיות לבתי חולים.

מדיניות ומעורבות קהילתית: מחיזוי להגנה

מודלים סביבתיים יעילים רק כמו המדיניות והפעולות שהם מודיעים להם.מספר אזורי מפתח דורשים תשומת לב לתרגם תחזיות להגנת הבריאות.

תקשורת ציבורית ותגובה התנהגותית

אנשים רבים אינם מבינים את ערכי איכות האוויר (AQI) או יודעים כיצד לפרש מפות עשן המבוססות על מודלים. תקשורת סיכונים חייבת להיות פשוטה, מתאימה מבחינה תרבותית, ונשלחה באמצעות ערוצים אמינים (חדשות מהירות, יישומים ניידים, מדיה חברתית) תוכניות כמו כלי "Smoke מוכן" של EPA לספק הנחיות להעברת הודעות ציבוריות ברחבי המדינה.

ניהול קרקעות ומניעת אש

מודלים יכולים לשמש גם באופן יזום כדי להעריך את ההשפעות של כוויות שנקבעו, הפסקות דלק, ואת יער דקר על חשיפה פוטנציאלית עשן. על ידי הדמיה של תרחישים טיפול שונים בתנאים מזג אוויר היסטורי, מנהלי הקרקע יכול לפני קריטריונים שבהם הפחתה של דלק יספק את היתרון הגדול ביותר באיכות האוויר downwind. זה מודלינג-to-manage צינורות משמש יותר ויותר על ידי יער שירות ארה"ב.

תקני ביטוח וביטוח

תקני איכות האוויר הנוכחיים לא נועדו לחשיפה קיצונית, לסירוגין האופיינית לעשן שריפות בר.מודלים סביבתיים מספקים בסיס ראיות לעדכון NAQS (National Ambient Air Quality Standards) לכלול סף קצר טווח, ספציפי לאירוע וחברות ביטוח ושיקום מתחילים גם להשתמש במודלים לחשיפה לעישון לעלויות פרמיות עבור תביעות בריאות הקשורות לשריפה, יצירת תמריצים כלכליים להפחתה.

מסקנה

מודלים סביבתיים אינם עוד מרדף מדעי נישה - זהו כלי בריאות הציבור בחזית בעידן של התגברות שריפות בר. על ידי חיזוי לאן עשן יטוס, באיזה ריכוז, וכמה זמן, מודלים מעצימים פעולה מכריעה: בתי ספר סוגרים, הפעלת מקלטי אוויר נקיים, הפצת מסכות, וקידום משאבים רפואיים.