在一项新研究中，一组科学家首次使用低成本的空气质量传感器网络实时绘制居民的污染暴露情况。测量空气质量的新解决方案可以帮助未来的人们避免生病，因为空气污染是全球过早死亡的最大单一环境风险因素。
该研究的主要作者兼助理教授 Benjamin Crawford 博士说：“我们能够估计精细规模的人群暴露于多种污染物的情况，测量火山排放的化学转化，并提供实时观测作为应急管理工作的一部分。”科罗拉多大学丹佛分校地理与环境科学系。克劳福德与麻省理工学院和夏威夷大学的研究人员合作。
灾难性事件期间的实时监控
2018 年基拉韦厄火山爆发时，熔岩覆盖了夏威夷岛的部分地区，但被称为“vog”的火山烟雾淹没了它。vog 含有危险水平的细颗粒物和二氧化硫气体，威胁到岛上顺风人口的健康。
在 2018 年之前，基拉韦厄火山在过去的 35 年里一直以小得多的规模持续喷发。2017 年底，克劳福德的团队开始了一个项目，测量阴燃火山下风向的空气质量，并与当地学校合作安装传感器。
“我们认为不着急，”克劳福德说。该团队拥有少量低成本传感器 (LCS) 原型，并在 2018 年 5 月火山开始认真喷发时开始在岛上奠定基础。该团队立即采取行动。他们飞到岛上，并在 10 天内建立了网络。
该团队使用了 30 个专门设计和部署的节点来监测构成 vog 的原生火山二氧化硫 (SO2) 气体和二次颗粒物 (PM2.5) 的混合物。他们的研究成为第一个在极端空气质量事件期间实时使用低成本传感器网络的研究。
跟踪羽流的化学转化
在火山喷发的下游，该团队发现网络站测量的每小时 PM2.5 和 SO2 浓度峰值分别可能超过 75 微克/m-3 和 1200 ppb。LCS 网络的密度能够对火山喷发期间人类暴露于两种污染物的情况进行高度精细的估计——这是使用预先存在的空气质量测量结果无法做到的。
与二氧化硫 (2%) 相比，羽流动力学使岛上更大比例的人口 (46.7%) 暴露在更高水平的细颗粒 PM2.5 中。此外，该网络能够跟踪火山喷发顺风处的火山羽流的化学演化。测量发现平均 SO2 转化时间约为 36 小时，这首次证明了分布式 LCS 网络在现实环境中观察反应动力学和量化空气污染物化学转化的能力。
“我们很清楚污染的去向，因此我们能够跟踪和测量烟羽的化学转化，”克劳福德说。“这是我们第一次观察到羽流的化学成分以及它是如何顺风行进的。很高兴看到我们的方法奏效。”
授权他人测量空气质量
空气质量 (AQ) 监测对于了解并最终最大限度地减少人们对有害空气污染物的暴露至关重要;然而，在世界大部分地区，基于地表的测量仍然相对稀少。这是因为大多数空气质量测量来自政府运营的网络，例如美国各州或环境保护局 (EPA)。这些极其精确的仪器价格昂贵，这限制了部署的传感器数量。在夏威夷大岛，喷发前有六个永久性监测站在运行，其中一个在喷发初期就被熔岩摧毁。
相比之下，本研究中的低成本传感器是太阳能供电的独立单元，可以通过蜂窝网络进行通信并在偏远地区运行。单位的可负担性也使得团队可以将它们交给社区成员自己测量空气质量。无论是在火山爆发、野火还是日常城市污染和烟雾期间，赋予社区自行测量数据的能力都很重要。
“对这种信息有需求，”克劳福德说。“这是实现数据民主化并让社区独立于其他任何人监测空气质量违规情况的好方法。你可以让拥有知识的人做出自己的决定。”
