كانت الآفاق الدخانية وتنبيهات جودة الهواء في الأخبار بشكل متكرر في جميع أنحاء الشمال الشرقي هذا الصيف، بالتزامن مع استمرار أحد أكبر مشاريع أبحاث الأوزون.
على عكس الدخان أو الضباب الدخاني، لا يمكن رؤية الأوزون بالعين المجردة، ومع ذلك فإن مخاطره بعيدة المدى ومؤثرة. لهذا السبب يعتمد العلماء على النمذجة عالية الدقة من بارون لتتبع والتنبؤ بالتشكيل الكيميائي وحركة هذا الغاز الضار.
"الطفل المشكل" للتلوث
"مدينة نيويورك هي مشكلة التلوث المزمن بالأوزون." هذه هي كلمات بول ميلر، المدير التنفيذي لتحالف الولايات الشمالية الشرقية للإدارة المنسقة لاستخدام الهواء(NESCAUM). يشجع تحالف NESCAUM ويدعم برامج للحد من الآثار الضارة لتلوث الهواء وتغير المناخ من نيوجيرسي إلى مين.
في حين أن مستويات التلوث قد انخفضت بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة على الصعيد الوطني، إلا أن منطقة مترو مدينة نيويورك (NYC) لا تزال تنتهك معايير جودة الهواء الفيدرالية القائمة على الصحة. تتمثل إحدى مبادرات المجلس الوطني لعلوم وتكنولوجيا الهواء في دراسة الأوزون التروبوسفيري في لونغ آيلاند ساوند تروبوسفير(LISTOS)، وهو جهد تعاوني بين الباحثين والوكالات الحكومية بدأ في عام 2017 للتحقيق في تكوين الأوزون وانتقاله في اتجاه الريح من منطقة مدينة نيويورك.
قال بول: "الهدف هو فهم أفضل للعمليات الكيميائية وعمليات الأرصاد الجوية التي كانت تؤدي إلى مشكلة الأوزون المزمنة هذه."
ويضيف: "وقد كان نموذج [البارون] أساسيًا لنجاحنا".
جودة المراقبة تبدأ بنمذجة أفضل
إن تحديد مصادر وأسباب الأوزون السطحي أمر بالغ الأهمية لتنفيذ وإنفاذ جهود التخفيف من آثاره. وتضيف السمات الجغرافية الفريدة لصوت لونغ آيلاند ساوند تعقيداً لعملية الاكتشاف هذه. فالمسطح المائي الضحل يقع في اتجاه الريح من أكثر المناطق كثافة سكانية في الولايات المتحدة، وتحده كونيتيكت من الشمال ولونغ آيلاند من الجنوب ومانهاتن من الغرب.
شينرونغ رين هو عالم فيزيائي في مختبر الموارد الجوية التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA)، يدرس آثار الغازات الضارة في أدنى مستويات غلافنا الجوي. وقد أوضح سبب كون جودة الهواء في هذه المنطقة ضارة جداً وصعبة الدراسة.
يقول شينرونغ: "لدينا الكثير من المدن الضخمة بالقرب من هذا المسطح المائي، وهو يعمل كمشتت حراري لكل التلوث القادم من نيويورك". ويضيف: "وبعد ذلك، في فترة ما بعد الظهر، عندما تسخن الشمس الأرض أكثر، تحصل على تدفق على الشاطئ يجلب كل هذا التلوث المنبعث في وقت سابق إلى اليابسة".
هدف فريق شينرونغ هو توصيف انبعاث ملوثات الهواء وغازات الاحتباس الحراري باستخدام أجهزة الاستشعار الأرضية والمحمولة جواً، مما يساعدهم على تحديد كيفية ومكان تشكل تلوث الهواء. ويقول إن نموذج بارون يساعدهم على معرفة مكان وزمان نشر معدات الكشف الخاصة بهم بشكل فعال.
يقول رين: "نحن نستخدم الحد الأقصى لذروة الأوزون في النموذج لمدة 8 ساعات كحد أقصى للأوزون لمعرفة أسوأ الظروف". ويضيف: "يساعدنا النموذج حقًا في معرفة أين نقوم بمهامنا، خاصة وأن هذه الغازات يصعب رؤيتها".
واستخدم شينرونغ المثال الأخير للسماء المليئة بالدخان الناجم عن حرائق الغابات الكندية لتسليط الضوء على أن ما تراه لا يساوي دائمًا مستويات الأوزون المرتفعة. في حين أنه من الصحيح أن مستويات الأوزون هذا الصيف كانت "من أسوأ المستويات التي شهدوها"، إلا أن الجسيمات الناتجة عن الدخان لا تتصرف بنفس سلوك التلوث بالأوزون السطحي، والذي لا يمكن رؤيته بالعين المجردة.
أكثر من 15 عامًا من المساعدة من البارون
وقد زودت شركة Baron Weather الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي بحل نمذجة مخصص لأكثر من 15 عاماً. واستخدمت الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي أيضاً نمذجة بارون الحصرية لدراسات بحثية أخرى عن جودة الهواء خلال تلك الفترة الزمنية.
وقال جون ماكهنري، كبير علماء بارون للنمذجة: "تتيح البيانات التي نقدمها للباحثين إمكانية الوصول المباشر إلى ظروف التنبؤ المفصلة في الطبقات الدنيا من الغلاف الجوي". وأشار إلى أن "نماذجنا تعمل في أفقين زمنيين مختلفين ودقة متفاوتة في التنبؤ، على نطاق قاري مدته 5 أيام وتوقعات أدق بدقة أكثر دقة لمدة يومين".
يوفر بارون نموذجين مختلفين لباحثي ليستوس: 1) نسخة من نموذج جودة الهواء المجتمعي متعدد النطاقات مفتوح المصدر (CMAQ) من وكالة حماية البيئة (EPA)، و2) نموذج داخلي حصري يتضمن التمثيل الأكثر تقدماً للسحب المتاحة في أي نظام مراقبة لجودة الهواء.
وأضاف ماكهنري: "تلعب السحب دورًا حاسمًا في كيمياء الغلاف الجوي، وهذا يسمح لنموذجنا بتوفير فهم أكثر تفصيلاً لعمليات تكوين الأوزون وتطوره".
تتضمن المخرجات من نماذج بارون خرائط تنبؤات متحركة تشير إلى المناطق التي من المحتمل أن تتجاوز معيار الأوزون (إلى اليسار)، إلى جانب عرض مقطع عرضي فريد من نوعه( مخططSkew-T ) يستخدم خطًا أخضر ثالثًا (إلى اليمين) للتنبؤ بالمظهر الجانبي الرأسي لتركيزات الأوزون.
ما التالي بالنسبة ل LISTOS
إن دراسة NESCAUM لونغ آيلاند ليست سوى واحدة من عدة دراسات تجريها الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي ووكالة ناسا و21 جامعة في ما يُطلق عليه"تحقيق علمي غير مسبوق"، وفقًا لما ذكره مدير الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي ريك سبينراد، وهو دكتور. سيتم تحديد مصادر تلوث الهواء من خلال نشر العديد من الأقمار الصناعية وطائرات الأبحاث والمركبات وحتى الأدوات الموجودة في حقائب الظهر.
تقول وكالة حماية البيئة (EPA) أنه بعد عقود من الانخفاض في مستوى الأوزون الأرضي والجسيمات على مستوى الأرض، تباطأت الاتجاهات الهبوطية في السنوات الأخيرة. ستساعد جهود LISTOS الشركات والمجتمعات المحلية على تحديد مصادر تلوث الهواء بشكل أفضل وكيفية تصرف أعمدة الهواء، وكل ذلك بهدف تحسين توقعات جودة الهواء في المناطق الحضرية والإقليمية.
وقال بول: "تتمثل مهمتنا في فهم أفضل للعمليات الكيميائية وعمليات الأرصاد الجوية التي تؤدي إلى مشكلة الأوزون المزمنة في اتجاه الريح في نيويورك".
ستتم مشاركة نتائج هذه الدراسة مع المسؤولين البيئيين في الولاية والمسؤولين البيئيين المحليين لمساعدتهم على اتخاذ قرارات أفضل تساعد بدورها في الحد من تلوث الهواء في منطقة مدينة نيويورك الكبرى.
