Luftforureningsprojekt udnytter magten fra videnskabsentusiaster i baghaven

Lige nu, en håndfuld motiverede borgere i Fort Collins gør noget lidt ud over det sædvanlige. De indsamler banebrydende videnskabelige data fra deres baggårde, der snart kan hjælpe NASA med at lave kort over global luftforurening.

De frivillige er en del af et netværk af borgerforskere til et Colorado State University-ledet projekt kaldet CEAMS:Citizen-Enabled Aerosol Measurements for Satellites.

Målet med CEAMS er at forbedre forståelsen for lokal luftkvalitet gennem spredt, jordbaserede målinger. Data på denne skala kan i sidste ende hjælpe NASA-satellitter med at levere data i luftkvalitet i højere opløsning, end det er muligt i dag.

"NASA er interesseret i at løse globale problemer, "sagde CEAMS -leder John Volckens, CSU Energy Institute forsker og professor i maskinteknik. "De fleste regeringer har slet ikke råd til at overvåge luftforurening." Alligevel er luftforurening en førende dødsårsag og sygdom på planeten - ansvarlig for flere dødsfald på verdensplan end hiv og malaria tilsammen.

Overvågning af luftforurening er en vanskelig og dyr forretning, ifølge Volckens. I USA, Miljøstyrelsen fastholder omkring 1, 000 aktive luftprøver til luftforurening af fine partikler i hele landet - cirka en for hver tre amter. Men forurening fra køretøjer, kraftværker, naturbrande og en lang række andre kilder varierer på meget finere rumlige skalaer end amtsniveauet.

NASA bruger en kombination af satellitbilleder og computeralgoritmer til at modellere luftforurening, men modeller kan kun sige så meget om detaljer om luftkvalitet på jorden. Det er her CSU -teamet kommer ind.

"Hvis vi vil udvikle bedre algoritmer til at gøre luftkvalitetskortene fra satellitbilleder mere repræsentative, vi har brug for flere data på stedet, "Volckens sagde." Dette projekt er designet til at udvikle disse datasæt.

Mindre, billigere, og flere af dem

Typiske EPA -skærme, der registrerer partikler mindre end 2,5 mikron, eller "PM 2.5, "koster omkring $ 30, 000 hver og er komplicerede at køre. CSU CEAMS -indsatsen er fokuseret på at distribuere et stort antal kompakte, lavpris, soldrevne instrumenter, der kan indsættes i baggårde af frivillige. Og med mange hænder, der gør let arbejde, forskerne kan indsamle bedre, flere data i høj opløsning på lokal skala, end nogen satellit kunne komme fra det ydre rum.

"Hvis vi etablerer et netværk med 100 skærme på tværs af et metroområde, vi får adgang til et utroligt kraftfuldt datasæt, som NASA kan bruge til at forbedre kort over luftkvalitet, "siger Jeff Pierce, lektor i atmosfærisk videnskab og medforsker om projektet.

CEAMS -sensorerne foretager to primære typer målinger. Den ene er aerosol optisk dybde, eller AOD, som er relateret til mængden af ​​partikler i en lodret luftsøjle fra jorden til rummet. Den anden er PM-niveau på jorden, hvilket bekymrer mest for menneskers sundhed. "Disse to foranstaltninger, taget sammen, er værdifulde ikke kun for NASA, men for alle, der er interesseret i lokal luftkvalitet, "siger Eric Wendt, en kandidatstuderende i maskinteknik, der hjalp med at designe sensoren.

Det tværfaglige team, involverer ingeniører, atmosfæriske forskere, og samfundsforskere er alle medlemmer af CSU -partnerskabet for luftkvalitet, Klima, og sundhed (PACH) - en organisation, der synergiserer ekspertise på CSU for at levere løsninger på samfundsproblemer i skæringspunktet mellem luftkvalitet, klima og sundhed. CEAMS -teamet omfatter Volckens, Pierce og medforskere Shantanu Jathar fra maskinteknik og Marilee Long om journalistik og mediekommunikation, samt medlemmer af deres forskningsgrupper.

Longs rolle er at hjælpe med at bestemme bedste praksis for rekruttering og uddannelse af borgerforskere. "Borgervidenskab handler ikke kun om at bruge mennesker til at foretage videnskabelige målinger, "sagde hun." Der er også en værdi for dem. Hvis vi har mange mennesker derude, der lærer, vi opfordrer dem også til at tænke positivt om videnskab. Deres feedback hjælper os også med at designe bedre instrumenter til fremtidige frivillige. "

Tryk på et hjemmelavet netværk

Heldigvis for CEAMS -teamet, de havde adgang til en færdiglavet, hjemmelavet borgervidenskabeligt netværk:sne- og regnspoterne, der indsamler nedbørsdata til Community Collaborative Rain, Hagl og sne netværk, CoCoRaHS, gennem Colorado Climate Center. Centerpersonalet forbandt CEAMS -ledere med lokale borgere, der var villige til at melde sig frivilligt til luftforureningsprojektet.

CEAMS-webstedet indeholder fortællede videoer, der giver trin-for-trin instruktioner om, hvordan man konfigurerer skærme og indsamler data. Teammedlem Casey Quinn, en kandidatstuderende ved Institut for Miljø- og Radiologisk Sundhedsvidenskab, oprettet en smartphone -applikation, hvorigennem borgerforskerne uploader deres data direkte til CEAMS -teamet.

Frivillige er blevet bedt om at tage en prøve hver anden dag i cirka to uger, sagde Bonne Ford, en forsker i atmosfærisk videnskab og projektleder for CEAMS. Brugerne skal opsætte sensorerne i direkte sollys, eller målingerne vil ikke være nøjagtige. De skal lære at skifte et filter, og hvordan man bruger appen til at uploade data.

"For AOD, vi ville have dem til at justere sensoren og indstille den til at tage målingen, når de ville, "Sagde Ford." På den måde, de behøver ikke at være derude på et bestemt tidspunkt. "

Næste skridt

Den igangværende pilotfase af CEAMS understøttes af $ 160, 000 NASA -tilskud. Hvis det lykkes, CEAMS kan være berettiget til en anden finansieringsrunde, på hvilket tidspunkt de vil implementere i flere byer, herunder Denver og Los Angeles. Pilotprojektet modtog også et Colorado Office of Economic Development og International Trade -tilskud, som gav kritisk støtte til tidlige CEAMS -sensorprototyper.