Forskere samles for at studere ozon, et atmosfærisk mysterium nær Lake Michigan

For flere år, Luftkvalitetsledere har identificeret forhøjede niveauer af ozon i Sheboygan, Wisconsin, areal. Det forbliver et atmosfærisk mysterium, da høje niveauer af ozon normalt forbindes med større byer. Det er også et problem, der bekymrer folkesundhedspersonale, fordi ozon er et kendt åndedrætsirriterende stof, der udgør sundhedstrusler for sårbare befolkninger, især unge og ældre, og dem med vejrtrækningsproblemer som astma.

I et forsøg på at opklare mysteriet og forstå, hvordan forurening bevæger sig langs den vestlige kystlinje af Lake Michigan, University of Wisconsin-Madison Space Science and Engineering Center (SSEC) forskere har tilsluttet sig en atmosfærisk undersøgelse over Sheboygan og andre byer langs søens kyst.

Målet med Lake Michigan Ozon Study (LMOS 2017) er at forstå, hvordan vindstrømme kan transportere forurening fra et sted til et andet - især ozon, som udgør en sundhedsrisiko for mennesker, når den findes nær jordens overflade. De indsamlede data vil også blive integreret i ozonmodeller, der bruges af luftkvalitetsledere hos agenturer som Environmental Protection Agency (EPA), Lake Michigan Air Directors Consortium (LADCO), og Wisconsin Department of Natural Resources.

"Vi ønsker at hjælpe med at forbedre disse modeller og bedre forudsige, hvornår ozonhændelser vil ske, og til gengæld beskytte sundheden, " siger Brad Pierce, en NOAA-fysiker, der er udstationeret på UW-Madison og leder LMOS-kampagnen.

Undersøgelsen repræsenterer et partnerskab på 1,3 millioner dollars mellem flere agenturer, der inkluderer NASA, National Science Foundation (NSF), EPA, National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Electric Power Research Institute (EPRI), og andre organisationer og universiteter.

"Planen er at indsamle data, der vil give os en omfattende profil af atmosfæren langs kysten af ​​Lake Michigan, siger Tim Wagner, SSEC assisterende forsker.

Wagner fører tilsyn med forskningsindsatsen for en række jordbaserede instrumenter, kendt som SSEC Portable Atmospheric Research Center, eller SPARC. SPARC er en skræddersyet, 17 fods trailer udstyret med en række følsomme værktøjer, der bruges til at måle atmosfæren, hvoraf mange blev designet og bygget på SSEC. Data indsamlet fra SPARC-instrumenterne på undersøgelsesstedet vil hjælpe med at konstruere et billede af atmosfæren over Sheboygan og de omkringliggende områder gennem vind- og temperaturmålinger, og hjælpe med at løse forskellige typer partikler som is, støv og andre aerosoler.

"Ved at forstå den atmosfæriske struktur, det giver kontekst til de andre data, der er en del af hele kampagnen, " siger Wagner. "Det er en vigtig brik i puslespillet for at forstå, hvad der sker deroppe."

SPARC-holdets data vil supplere NASA-målinger, der allerede er indsamlet fra fjernmålingsinstrumenter på et fly, der flyver i specifikke mønstre over området – fra Zion, Illinois, til Sheboygan - og data fra et NOAA-forskningsskib udstyret med EPA-instrumenter, der indsamlede nearshore- og offshore-målinger. Det vil også føje til ozonmålinger indsamlet via bil af EPA Region 5 og UW-Eau Claire Professor Patricia Cleary.

"Sammen, flyet, skibs- og landmålinger vil hjælpe med at opbygge et mere komplet billede af atmosfæren, " siger Wagner.

Derudover EPRI har finansieret Scientific Aviation til at levere målinger fra luften langs Lake Michigan-kysten, og NSF har finansieret University of Wisconsin, University of Iowa og University of Minnesota for at udføre detaljerede kemiske målinger på et jordsted i Zion.

UW-Madison jordhold inkluderer Tim Bertram, professor i kemi, og hans kandidatstuderende Gordon Novak og Michael Vermeuel. Bertram forklarer, at ozon er almindeligt forekommende i Jordens atmosfære, hvor det beskytter overfladebeboere mod skadelig solstråling, men det er normalt højt oppe og væk fra folk. Imidlertid, menneskeskabte kilder - som forbrænding af fossile brændstoffer - kan eskalere ozonproduktionen til usikre niveauer, især når det dannes i byer eller tætbefolkede områder.

Ozon dannes ved ufuldstændig forbrænding, som skaber det, der er kendt som forstadiemolekyler, som nitrogenoxid, og flygtige organiske forbindelser. Disse omdannes til ozon gennem en sollysafhængig kemisk proces. Ozonniveauer har en tendens til at være højere i sommermånederne på grund af øget solintensitet.

EPA er ansvarlig for at fastsætte ozonforureningsstandarder landsdækkende og arbejder sammen med statslige myndigheder for at overvåge luftkvalitetsforholdene. Byer, der ikke opfylder visse luftkvalitetsstandarder, skal gennemgå en planlægningsproces for at skitsere måder at reducere forurenende stoffer som ozon. Gennembore, som har studeret ozontransport i mere end 20 år, siger, at forbedring af modeller vil hjælpe EPA og byer, når de planlægger for fremtidige luftkvalitetsbehov og krav.

"Feltfasen af ​​2017 Lake Michigan Ozon Study har været en overvældende succes, og vi ser frem til at bruge de målinger, der blev indsamlet under kampagnen, til at hjælpe med at forstå, hvorfor kystnære ozonmonitorer viser højere ozonniveauer end inde i landet, og forbedre vores evne til at modellere ozon i denne komplekse region, " siger Pierce.