Дымным летом 2018 года два лесных пожара в округе Юта сожгли в общей сложности 121 000 акров земли, из-за чего дым окутал долины Уосатч-Фронт. Атмосферные ученые всегда работают над тем, чтобы лучше прогнозировать движение дыма от пожаров, точно так же, как они работают над прогнозированием ураганов и метелей.
Но пожары 2018 года предоставили ученым уникальную возможность. По всему фронту Wasatch как исследователи, так и члены сообщества поддерживают достаточное количество датчиков качества воздуха, чтобы получить изображение с высоким разрешением о том, как дым перемещается по долине, что идеально подходит для тестирования и уточнения моделей прогноза дыма.
«Этот прогноз будет аналогичен тому, как мы прогнозируем дождливую погоду или ясную погоду, - говорит Дерек Маллиа, доцент кафедры атмосферных наук, - за исключением того, что теперь мы можем сделать это для дыма».
Маллиа и его коллеги, в том числе исследователи из Департамента химического машиностроения и Школы вычислительной техники, опубликовали свои результаты в Journal of Geophysical Research-Atmospheres.
Сеть качества воздуха
Качество воздуха является приоритетной темой для жителей Юты. Из-за гористой географии Долины Соленого озера в зимнее время в этом районе наблюдаются температурные инверсии, которые препятствуют загрязнению воздуха и выбросам, что часто приводит к нездоровым условиям воздуха. Исследователи, особенно из университета, сосредоточились на изучении и измерении состояния воздуха в долине с помощью сети датчиков исследовательского класса. Они также разместили датчики на транспортных средствах, которые движутся по долине: легкорельсовый транспорт TRAX, автомобили Google StreetView и фургон, ласково названный «NerdMobile»."
Члены сообщества также поддерживают свои собственные датчики. Керри Келли, доцент кафедры химического машиностроения, и его коллеги разработали недорогие взаимосвязанные датчики твердых частиц, которые обслуживаются домовладельцами по всей долине Соленого озера, повышая разрешающую способность измерений. Недорогая сенсорная сеть называется Air Quality and yoU, или AQ&U. Загрязнение воздуха распределяется неравномерно, и все эти датчики вместе помогают исследователям понять, где, когда и почему загрязненный воздух.
Моделирующий дым
Летом в Юте, однако, инверсия температуры не является проблемой. А вот дым от лесных пожаров на Западе есть.
«С практической точки зрения дым - это еще одна переменная, которую нам необходимо учитывать в прогнозе погоды», - говорит Маллиа. «Подобно тому, как нестабильная погода, такая как снег или гроза, может повлиять на нашу повседневную деятельность, дым также может играть важную роль.«Особенно уязвимы, - говорит он, - люди с астмой или другими респираторными или сердечно-сосудистыми заболеваниями. Дым также может мешать отдыху. «Кто захочет осматривать достопримечательности, когда Юта окутана дымом?»
Модели, которые предсказывают движение дыма, необходимо проверить или сравнить с наблюдениями, чтобы убедиться, что они моделируют условия дыма с достаточной точностью. Но когда лесные пожары происходят в отдаленных местах, ограниченного количества датчиков качества воздуха обычно недостаточно для оценки моделей. Вот где на помощь приходит сеть контроля качества воздуха в Долине Соленого озера.
Что увидела сеть
В сезон пожаров 2018 года почти 60 000 пожаров сожгли почти 9 миллионов акров, в том числе более 18 000 домов по всей территории Соединенных Штатов. После нескольких месяцев жаркой и засушливой погоды пожары Поул-Крик и Лысая гора в совокупности сожгли почти 121 000 акров в центральной части штата Юта. Дым заполнил долины Уосатч-Фронта, которые, к счастью, были хорошо оборудованы приборами контроля качества воздуха. Когда пожары были надежно локализованы, исследователи увидели научную возможность.
Маллиа, Келли, младший научный сотрудник университета, профессор Логан Митчелл, и его коллеги, включая профессора Адама Кочански из Университета штата Сан-Хосе и профессора Яна Манделя из Калифорнийского университета в Денвере, изучили данные, полученные от сенсоров - оба исследовательского уровня. датчики и недорогие версии в домах людей. Их результаты показали, что измерения содержания твердых частиц в воздухе недорогими датчиками были точными в пределах 10% от измерений ближайших датчиков исследовательского класса.
Прогнозы дыма по модели учитывали время появления дыма, но не его количество - исследователи обнаружили, что прогноз завышал количество дыма в два раза. Этот результат помогает ученым затем вернуться к модели и выяснить, почему следующая версия может быть более точной.
Результаты также дали некоторое представление о том, как горные долины могут рассеивать дым.«Например, - говорит Маллиа, - мы обнаружили, что ночные ветры каньона могут фильтровать более чистый горный воздух в долину, поэтому мы видели менее загрязненный воздух возле уступов долины».
Ценность сообщества
Маллиа говорит, что датчики в поездах TRAX были неоценимы, поскольку они охватили большую территорию, чем стационарные мониторы воздуха, и что участие членов сообщества с датчиками вокруг их домов сыграло ключевую роль в еще большем расширении области исследования.
«В долине много площадей, находящихся в частной собственности, поэтому вовлечение общественности - единственный способ, с помощью которого мы можем должным образом протестировать различные районы долины Соленого озера», - говорит он. «Это позволяет нам отбирать больше точек в долине и дает нам больше уверенности в определении сильных и слабых сторон наших прогнозов дыма».
К сожалению, добавляет он, в будущем дымные дни станут более частыми. Прогнозируется, что изменение климата сделает жаркие и засушливые условия более вероятными, что является идеальным рецептом для более многочисленных и интенсивных лесных пожаров. Прогнозы не могут предотвратить дым в большей степени, чем прогнозы погоды могут предотвратить метели или ураганы, но они могут помочь всем нам оставаться в курсе и быть готовыми.