Датчики качества воздуха исследовательского класса стоят дорого - около 40 000 долларов. Для городов, пытающихся контролировать свои выбросы парниковых газов, стоимость может ограничивать количество датчиков, которые они могут установить, и данные, которые они могут собирать.
Если только…
С 2014 года Университет штата Юта обслуживает наборы приборов для измерения качества воздуха исследовательского уровня, установленные на легкорельсовых поездах, ежедневно курсирующих по долине Соленого озера. По оценкам исследователей в новом исследовании, эти мобильные датчики покрывают ту же площадь, что и 30 стационарных датчиков, предоставляя Долине Соленого озера высокорентабельный способ мониторинга выбросов парниковых газов и заполнения пробелов в оценках выбросов. Исследование опубликовано в журнале Environmental Science & Technology.
«Уровни загрязняющих веществ в атмосфере будут быстро меняться в ближайшее десятилетие по мере развертывания технологий экологически чистой энергии», - говорит Логан Митчелл, доцент кафедры атмосферных наук и соавтор исследования. «Рентабельный мониторинг атмосферы поможет политикам понять, какая политика приводит к снижению уровня загрязняющих веществ, где необходимо уделить больше внимания и возникает ли экологическое неравенство, поскольку некоторые районы сокращают свои выбросы быстрее, чем другие».
Выступления на гастролях
Область атмосферы с наветренной стороны, замеренная четырьмя текущими стационарными мониторами качества воздуха (слева), по сравнению с областью, замеренной мобильным датчиком на поезде.
История установки датчиков в поездах системы TRAX Управления транзитных перевозок штата Юта начинается в 2009 году с тогдашней докторантки Хизер Холмс (ныне доцент кафедры химического машиностроения). Холмс установил датчик твердых частиц в поезде, но ненадолго.
Когда в 2013 году Митчелл поступил в университет в качестве постдокторанта, он обсуждал возрождение проекта Холмса с консультантами факультета Джимом Элерингером, выдающимся профессором биологии, и Джоном Лином, профессором атмосферных наук и соавтором текущей исследование. При поддержке UTA Митчелл провел предварительное исследование в 2014 году.
Сначала они протестировали воздухозаборные трубы из окна незанятой кабины водителя. «Я заметил, что каждый раз, когда поезд TRAX останавливался на вокзале, возникал небольшой толчок CO2 », - говорит Митчелл. «Поначалу это меня смутило, но я понял, что впускные трубы, торчащие из окна машиниста, на самом деле улавливали человеческое дыхание людей, стоящих на платформе поезда и ожидающих посадки в поезд!»
Испытание прошло успешно, и Митчелл объединился с исследовательской группой профессора Джона Хорела, чтобы начать полноценные исследования по мониторингу качества воздуха и парниковых газов - на этот раз с датчиками на крыше поезда, чтобы они не на него не влияют люди, ожидающие на железнодорожных платформах.
Теперь программа расширилась за счет дополнительных линий TRAX, и текущее государственное финансирование поддерживает мониторинг качества воздуха, а дополнительное финансирование от Национального управления океанических и атмосферных исследований поддержало это исследование выбросов парниковых газов.
Измерение выбросов сверху вниз
В исследовании датчики воздуха TRAX оцениваются как нисходящие измерения выбросов парниковых газов. Анализ «сверху вниз» означает измерение концентрации в атмосфере, а затем выяснение того, откуда берутся выбросы. Другой подход, анализ «снизу вверх», заключается в инвентаризации всех возможных источников выбросов и их суммировании для оценки общего количества.
«Измерения сверху вниз позволяют нам оценить точность кадастров выбросов снизу вверх», - говорит Дерек Маллиа, ведущий автор исследования и доцент кафедры атмосферных наук. «Если кадастр выбросов немного отличается или отсутствует источник выбросов, подход «сверху вниз» дает нам способ выяснить это».
Спутники НАСА также можно использовать для оценки выбросов сверху вниз для городов по всему миру, над чем также работают Лин и его группа. «Эти спутниковые измерения полезны для оценки целых городов и городов, в которых отсутствуют наземные наблюдения, - говорит Лин, - но датчики на основе TRAX обеспечивают большую детализацию выбросов по всему городу и могут дополнять наблюдения из космоса».
Измерения этого типа сверху вниз на большой территории могут быть сосредоточены на конкретных элементах инвентаризации выбросов города, чтобы определить, как необходимо изменить инвентаризацию.
«Действительно простым примером этого может быть анализ выбросов на дорогах», - говорит Маллиа. Исследователи обнаружили заниженные оценки выбросов на дорогах с помощью инвентаризаций «снизу вверх», которые, если бы их наблюдали только с помощью стационарного датчика рядом с одной главной дорогой, предполагали бы только потенциальные недооценки для этой конкретной дороги. Но если дорожные выбросы постоянно занижаются по всему городу, говорит Маллиа, «по сути, это говорит нам о том, что мы не учитываем что-то о дорожных выбросах в целом. больше людей начинают водить электромобили с нулевым уровнем выбросов выхлопных газов».
Поскольку города работают над сокращением экологического неравенства, мобильный мониторинг воздуха также может помочь отслеживать, улучшается ли качество воздуха в некоторых городских районах быстрее, чем в других, добавляет Митчелл.
Модель, которой должны следовать города
«Измерения на основе TRAX в сочетании с сетью стационарных станций означают, что Солт-Лейк-Сити является одним из лучших городов мира с точки зрения наблюдения за загрязнением», - говорит Лин.
Насколько известно исследователям, датчики качества воздуха были установлены на платформах общественного транспорта лишь в нескольких городах Европы. Но тот же подход можно использовать в любом городе с аналогичными системами легкорельсового транспорта - например, в Портленде, Орегоне и Денвере. В городах с железнодорожными системами, которые частично или полностью проходят под землей, датчики могут быть установлены на электрических автобусах.
Экономия средств при таком подходе ошеломляет. Авторы обнаружили, что один мобильный датчик исследовательского класса стоимостью 40 000 долларов может охватывать ту же площадь, что и около 30 стационарных датчиков стоимостью более 1,2 миллиона долларов.
«Это не включает рабочую силу, необходимую для обслуживания сети из 30 станций, которая была бы огромной», - говорит Митчелл. «Короче говоря, исходя из нашего предварительного анализа, полунепрерывные мобильные измерения в транспортных средствах общественного транспорта являются очень рентабельной стратегией мониторинга выбросов в городах».