當(dāng)基拉韋厄火山于2018年爆發(fā)時(shí)，熔巖覆蓋了夏威夷島的部分地區(qū)，但被稱為“vog”的火山煙霧淹沒了它。VOG含有危險(xiǎn)水平的細(xì)顆粒物和二氧化硫氣體，威脅到島上下風(fēng)人口的健康。

在一項(xiàng)新的研究中，一組科學(xué)家第一次使用低成本的空氣質(zhì)量傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)繪制居民的污染暴露。測量空氣質(zhì)量的新解決方案可以幫助未來的人們免于生病，因?yàn)榭諝馕廴臼侨�球過早死亡的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素。

“我們能夠估計(jì)人口對多種污染物的精細(xì)暴露，測量火山排放的化學(xué)轉(zhuǎn)化，并提供實(shí)時(shí)觀測作為應(yīng)急管理工作的一部分，”科羅拉多大學(xué)丹佛分校地理與環(huán)境科學(xué)系的主要作者兼助理教授Benjamin Crawford博士說。克勞福德與麻省理工學(xué)院和夏威夷大學(xué)的研究人員合作。

該研究發(fā)表在PNAS雜志上。

災(zāi)難性事件期間的實(shí)時(shí)監(jiān)控

在2018年之前，基拉韋厄火山在過去35年中一直以小得多的規(guī)模持續(xù)噴發(fā)。2017年底，克勞福德的團(tuán)隊(duì)開始了一個(gè)項(xiàng)目，測量陰燃火山下風(fēng)的空氣質(zhì)量，與當(dāng)?shù)貙W(xué)校合作安裝傳感器。

“我們認(rèn)為沒有著急，”克勞福德說。該團(tuán)隊(duì)擁有一些低成本傳感器（LCS）原型，并在2018年10月火山開始認(rèn)真噴發(fā)時(shí)開始在島上奠定基礎(chǔ)。該小組立即行動(dòng)起來。他們飛到島上，并在<>天內(nèi)建立了網(wǎng)絡(luò)。

該團(tuán)隊(duì)使用了30個(gè)專門設(shè)計(jì)和部署的節(jié)點(diǎn)來監(jiān)測初級火山二氧化硫（SO2）構(gòu)成VOG的氣體和二次顆粒物（PM2.5）。他們的研究成為第一個(gè)在空氣質(zhì)量事件中實(shí)時(shí)使用低成本傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究。

跟蹤羽流的化學(xué)轉(zhuǎn)化

在火山爆發(fā)的下風(fēng)，研究小組發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)站測量了每小時(shí)峰值PM2.5和SO2濃度可能分別超過每m-75和3 ppb的1200微克。LCS網(wǎng)絡(luò)的密度能夠?qū)�火山爆發(fā)期間人類接觸這兩種污染物的情況進(jìn)行高度精細(xì)的估計(jì)，這是使用預(yù)先存在的空氣質(zhì)量測量無法實(shí)現(xiàn)的。

與SO相比，羽流動(dòng)力學(xué)使該島人口中較高比例（46.7%）暴露于高水平的細(xì)PM2.52(2%).此外，該網(wǎng)絡(luò)能夠追蹤火山羽流在噴發(fā)順風(fēng)處的化學(xué)演變。測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)平均 SO2轉(zhuǎn)換時(shí)間為~36小時(shí)，證明了分布式LCS網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)實(shí)世界中觀察反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和量化空氣污染物化學(xué)轉(zhuǎn)化的能力。

“我們很清楚污染的去向，所以我們能夠跟蹤和測量羽流的化學(xué)轉(zhuǎn)化，”克勞福德說。“這是我們第一次可以觀察到羽流的化學(xué)成分以及它如何順風(fēng)行進(jìn)�？吹轿覀兊姆椒ㄗ嘈В�我感到非常欣慰。

授權(quán)其他人測量空氣質(zhì)量

空氣質(zhì)量（AQ）監(jiān)測對于了解并大限度地減少人們接觸有害空氣污染物至關(guān)重要;然而，在世界大部分地區(qū)，基于表面的測量仍然相對少有。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)空氣質(zhì)量測量來自政府運(yùn)營的網(wǎng)絡(luò)，例如美國各州或環(huán)境保護(hù)署（EPA）。這些儀器價(jià)格昂貴，這限制了傳感器的部署數(shù)量。在夏威夷大島上，噴發(fā)前有六個(gè)監(jiān)測站，其中一個(gè)在噴發(fā)初期被熔巖摧毀。

相比之下，本研究中的低成本傳感器是太陽能供電的獨(dú)立單元，可以通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信并在偏遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)揮作用。這些裝置的可負(fù)擔(dān)性也使得團(tuán)隊(duì)可以將它們交給社區(qū)成員自己測量空氣質(zhì)量。無論是在火山爆發(fā)、野火還是日常城市污染和煙霧期間，讓社區(qū)能夠自己測量數(shù)據(jù)都很重要。

“對這種信息有需求，”克勞福德說�！斑@是使數(shù)據(jù)民主化的好方法，可以讓社區(qū)獨(dú)立于其他人監(jiān)測空氣質(zhì)量違規(guī)行為。你可以賦予人們知識，讓他們做出自己的決定。