Fællesskabet hjælper videnskabsmænd med at evaluere røgprognoser

I løbet af den røgfyldte sommer 2018, to skovbrande i Utah County brændte tilsammen 121, 000 acres, sender røg ind i Wasatch-frontens dale. Atmosfæriske videnskabsmænd arbejder altid på bedre at forudsige, hvordan røg bevæger sig fra brande, ligesom de arbejder på at varsle orkaner og snestorme.

Men brandene i 2018 gav en unik mulighed for videnskabsmænd. På tværs af Wasatch-fronten, både forskere og samfundsmedlemmer opretholder nok luftkvalitetssensorer til at give et billede i høj opløsning af, hvordan røgen bevægede sig gennem dalen – perfekt til at teste og forfine røgprognosemodeller.

"Denne prognose ville ligne, hvordan vi ville forudsige regnvejr eller klare forhold, " siger Derek Mallia, forskningsadjunkt ved Institut for Atmosfæriske Videnskaber, "bortset fra, at vi nu kan gøre det for røg."

Mallia og hans kolleger, herunder forskere fra Institut for Kemiteknik og School of Computing, offentliggjort deres resultater i Journal of Geophysical Research-Atmospheres.

Et luftkvalitetsnetværk

Luftkvalitet er et højt prioriteret emne for Utahns. På grund af Salt Lake Valleys bjergrige geografi, området oplever vintertemperaturinversioner, der fanger luftforurening og emissioner, resulterer ofte i usunde luftforhold. Forskere, især dem i U, har fokuseret på at forstå og måle luftforholdene i dalen gennem et netværk af sensorer af forskningskvalitet. De har også placeret sensorer på køretøjer, der bevæger sig gennem dalen:TRAX letbane, Google StreetView-biler og en varevogn med kærligt navn "NerdMobile."

Medlemmer af samfundet vedligeholder også deres egne sensorer. Kerry Kelly, adjunkt i kemiteknik, og kolleger har udviklet billige indbyrdes forbundne partikelstofsensorer, der vedligeholdes af husejere i hele Salt Lake Valley, forbedre opløsningen af ​​målinger. Det billige sensornetværk kaldes Air Quality og du, eller AQ&U. Luftforurening fordeles ikke jævnt, og alle disse sensorer tilsammen hjælper forskere med at forstå hvor, hvornår og hvorfor af forurenet luft.

Modelrøg

I Utahs somre, imidlertid, en temperaturinversion er ikke et problem. Men røg fra vestlige naturbrande er.

"Fra et praktisk synspunkt, røg er endnu en variabel, som vi skal tage højde for i en vejrudsigt, " siger Mallia. "Ligesom hvordan ustadigt vejr såsom sne eller tordenvejr kan påvirke vores daglige aktiviteter, røg kan også spille en vigtig rolle." Særligt sårbare, han siger, er personer med astma eller andre luftvejs- eller hjerte-kar-sygdomme. Røg kan også påvirke rekreation. "Hvem har lyst til at tage på sightseeing, når Utah er dækket af røg?"

Modeller, der forudsiger røgens bevægelse, skal valideres, eller sammenlignet med observationer, for at sikre, at de simulerer røgtilstande med rimelig nøjagtighed. Men når naturbrande opstår fjerntliggende steder, det begrænsede antal luftkvalitetssensorer er normalt ikke tilstrækkeligt til at evaluere modeller. Det er her, Salt Lake Valleys luftkvalitetsnetværk kommer ind.

Hvad netværket så

I brandsæsonen 2018, næsten 60, 000 brande brændte næsten 9 millioner acres, inklusive mere end 18, 000 hjem, på tværs af USA. Efter måneder med varme og tørre forhold, Brandene i Pole Creek og Bald Mountain brændte tilsammen næsten 121, 000 acres i det centrale Utah. Røgfyldte Wasatch-frontens dale, som heldigvis var godt udstyret med luftkvalitetsinstrumenter. Da brandene var forsvarligt inddæmmet, forskerne så en videnskabelig mulighed.

Mallia, Kelly, U forskningsassistent Logan Mitchell og kolleger, herunder professor Adam Kochanski fra San Jose State University og professor Jan Mandel fra CU Denver, så på de data, der kom tilbage fra sensorerne – både sensorer af forskningskvalitet og lavprisversionerne hjemme hos folk. Deres resultater viste, at målinger af partikler i luften ved hjælp af lavprissensorer var nøjagtige inden for 10 % af målingerne på nærliggende sensorer af forskningskvalitet.

Røgprognoser fra modellen fangede tidspunktet for røgens ankomst, men ikke mængden – forskerne fandt ud af, at prognosen overvurderede mængden af ​​røg med en faktor to. Det resultat hjælper forskerne til derefter at gå tilbage til modellen og finde ud af hvorfor, så den næste version kan være mere nøjagtig.

Resultaterne gav også nogle indblik i, hvordan bjergdalene kan sprede røgen. "For eksempel, Mallia siger, "vi fandt ud af, at canyonvinde om natten kan filtrere renere bjergluft ind i dalen, Derfor så vi mindre forurenet luft nær dalens bænke."

Værdien af ​​fællesskabet

Mallia siger, at sensorerne på TRAX-tog var uvurderlige til at dække mere jord end en stationær luftmonitor, og at inddragelse af samfundsmedlemmer, med sensorer omkring deres hjem, var nøglen til at udvide studieområdet yderligere.

"Der er meget plads i dalen, som er privatejet, så at få offentligheden involveret er den eneste måde, hvorpå vi korrekt kan prøve forskellige områder på tværs af Salt Lake Valley, " siger han. "Dette giver os mulighed for at prøve flere punkter i dalen og giver os større tillid til at identificere styrkerne og svaghederne ved vores røgprognoser."

Desværre, tilføjer han, røgfyldte dage vil blive hyppigere i fremtiden. Klimaændringer forventes at gøre varme og tørre forhold mere sandsynlige, som er den perfekte opskrift på flere og intense naturbrande. Udsigter kan ikke forhindre røgen i at komme mere, end vejrudsigter kan forhindre snestorme eller orkaner – men de kan hjælpe os alle med at holde os informeret og forberedt.