Forbedret brandrøgmodel identificerer områder for folkesundhedsindgreb

De canadiske naturbrande i juni 2023 udsatte en stor del af det nordøstlige USA for hidtil usete niveauer af røg. En ny model, der kombinerer prognoser for naturbrandrøg og data fra jordbaserede sensorer, kan hjælpe offentlige sundhedsmyndigheder med at planlægge målrettede indgreb i områder, der er mest udsat for de negative sundhedseffekter af uventede røghændelser og luftforurening, ifølge et hold ledet af Penn State-forskere .

Forskerne rapporterede deres resultater i tidsskriftet Science of the Total Environment .

"Statistiske analyser tyder på, at situationer som sidste års canadiske naturbrande, hvor røgen rejser lange afstande for at påvirke det østlige USA, kan blive normen," siger hovedforfatter Manzhu Yu, assisterende professor i geografi ved Penn State.

"Vores forskning kan hjælpe offentlige sundhedsembedsmænd i by- og landområder med at planlægge målrettede interventioner for lokalsamfund med højere risiko for skadelig luftforurening under brandrøg."

Forskerne fokuserede på perioderne mellem 6.-8. juni og 28.-30. juni 2023, hvor vejrforhold og en kyststorm skubbede store mængder røg fra Canada ind i det nordøstlige USA. De brugte data fra jordbaserede sensorer og en form for kunstig intelligens kaldet deep learning til at forbedre en vejrudsigtsmodel fra National Center for Atmospheric Research.

Modellen - Weather Research and Forecasting-modellen med kemi eller WRF-Chem - giver timedata om overfladekoncentrationer af fine partikler (PM 2,5). Disse små partikler, som findes i skovbrandsrøg og andre former for luftforurening, kan nå lungerne og forårsage sundhedsproblemer.

Forskerne undersøgte også anonymiserede mobilitetsdata fra enheder som smartphones for at se, hvordan folk ændrede deres rejseaktiviteter under røgbegivenhederne. Derudover foretog de en miljøretfærdighedsvurdering ved hjælp af data fra U.S. Environmental Protection Agency for at se, om visse miljømæssige og demografiske faktorer korrelerede med øget sårbarhed over for negative sundhedsmæssige resultater fra brandrøg.

Disse faktorer inkluderede variabler som procentdel af befolkningen med mindre end en gymnasial uddannelse, minoritetsstatus, hjerteanfald og astma hospitalsindlæggelsesrater og eksisterende forureningsbyrder fra kilder som tung trafik og kraftværker. De undersøgte disse faktorer på amtsniveau, fra Pennsylvania og New Jersey op gennem Maine, for at se, om visse samfund delte en større del af forureningsbyrden end andre.

Holdet fandt ud af, at den raffinerede prognosemodel bedre estimerede størrelsen og timingen af ​​PM 2,5-spidser, målt i mikrogram pr. kubikmeter luft (µg/m ³ ), på tværs af undersøgelsesområdet end den nuværende prognosemodel.

Når man ser på, hvordan forudsagte data matcher observerede data, med 0 µg/m ³ af PM 2.5, hvilket betyder, at modellen nøjagtigt matcher jordobservationer, scorede den nuværende prognosemodel -6.872 µg/m ³ , hvilket markerer en stor undervurdering af partikelniveauer. Den raffinerede model scorede 0,160 µg/m ³ , hvilket markerer en let overvurdering af partikelniveauer, der var justeret meget tættere på det, jordsensorerne målte.

Derudover fandt forskerne, at by- og landsamfund, der allerede er belastet af eksisterende miljøforurening, står over for højere luftforureningsniveauer under uventede røghændelser end andre områder.

"Den gode nyhed er ifølge vores resultater, at når folk hører om skovbrandsrøg, har de en tendens til at reducere deres mobilitet," sagde Yu.

"Men vi fandt ud af, at New York City, Philadelphia og de omkringliggende amter under disse røgbegivenheder stadig udviste høje mobilitetsaktiviteter. Vi er sandsynligvis nødt til at tænke på målrettede indgreb i byområder, fordi med så mange mennesker, der bor i området, er eksponeringsrater for usund luft er meget høje."

Landdistrikter belastet af forurening fra kraftværker og miner kan også have særlige behov, sagde hun. For eksempel, forklarede hun, har Bennington County, Vermont, få demografiske faktorer, der ville gøre det mere sårbart over for miljøforurening.

Det er dog hjemsted for adskillige miner, tung trafik, opbevaringspladser for farligt affald og mere, som alle bidrager til højere miljøforureningsscore. Disse faktorer forstærkede luftforureningsniveauet under de røgfyldte dage.

"Folkesundhedsinterventioner er normalt baseret på befolkningskoncentrationer, som naturligt er højere i byområder," sagde Yu. "At kende disse eksisterende sårbarheder i landdistrikter kan hjælpe embedsmænd med bedre at betjene disse områder og beskytte offentlighedens sundhed."

I mellemtiden kan enkeltpersoner tage skridt nu for at beskytte deres helbred i den kommende naturbrandsæson.

"Jeg vil foreslå, at enkeltpersoner har et luftfilter og indendørs luftforureningsmonitor i deres hjem," sagde Yu. "De kan også forbedre isoleringen omkring deres vinduer og døre, hvis røgniveauet er virkelig højt. Jeg vil anbefale at arbejde hjemmefra, hvis det er muligt, eller anskaffe en maske af høj kvalitet, hvis du skal rejse udendørs.

"Og jeg tror, ​​at vi i Pennsylvania er nødt til at tale om standarder for organisationer for, hvordan vi reagerer på røgdage, uanset om det er at arbejde hjemmefra, have fri eller afskedige tidligt. Vi er ikke vant til at ryge arrangementer, og vi har brug for nogle en slags politik eller standard for beskyttelse af offentlighedens sundhed."

Ud over Yu, bidragydere til denne forskning fra Penn State omfatter Zhenlong Li, lektor i geografi, og ph.d.-studerende Shiyan Zhang og Huan Ning; og Kai Zhang, Empire Innovation Associate Professor ved University of Albany's School of Public Health.

Flere oplysninger: Manzhu Yu et al., vurdering af den canadiske naturbrandrøgpåvirkning i 2023 i det nordøstlige USA:Luftkvalitet, eksponering og miljøretfærdighed, Science of The Total Environment (2024). DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.171853

Journaloplysninger: Science of the Total Environment

Leveret af Pennsylvania State University