當基拉韋厄火山于2018年爆發(fā)時，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含有危險水平的細顆粒物和二氧化硫氣體，威脅到島上下風人口的健康。

在一項新的研究中，一組科學家第一次使用低成本的空氣質量傳感器網絡實時繪制居民的污染暴露。測量空氣質量的新解決方案可以幫助未來的人們免于生病，因為空氣污染是全球過早死亡的環(huán)境風險因素。

“我們能夠估計人口對多種污染物的精細暴露，測量火山排放的化學轉化，并提供實時觀測作為應急管理工作的一部分，”科羅拉多大學丹佛分校地理與環(huán)境科學系的主要作者兼助理教授Benjamin Crawford博士說�？藙诟５屡c麻省理工學院和夏威夷大學的研究人員合作。

該研究發(fā)表在PNAS雜志上。

災難性事件期間的實時監(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，克勞福德的團隊開始了一個項目，測量陰燃火山下風的空氣質量，與當地學校合作安裝傳感器。

“我們認為沒有著急，”克勞福德說。該團隊擁有一些低成本傳感器（LCS）原型，并在2018年10月火山開始認真噴發(fā)時開始在島上奠定基礎。該小組立即行動起來。他們飛到島上，并在<>天內建立了網絡。

該團隊使用了30個專門設計和部署的節(jié)點來監(jiān)測初級火山二氧化硫（SO2）構成VOG的氣體和二次顆粒物（PM2.5）。他們的研究成為第一個在空氣質量事件中實時使用低成本傳感器網絡的研究。

跟蹤羽流的化學轉化

在火山爆發(fā)的下風，研究小組發(fā)現網絡站測量了每小時峰值PM2.5和SO2濃度可能分別超過每m-75和3 ppb的1200微克。LCS網絡的密度能夠對火山爆發(fā)期間人類接觸這兩種污染物的情況進行高度精細的估計，這是使用預先存在的空氣質量測量無法實現的。

與SO相比，羽流動力學使該島人口中較高比例（46.7%）暴露于高水平的細PM2.52(2%).此外，該網絡能夠追蹤火山羽流在噴發(fā)順風處的化學演變。測量結果發(fā)現平均 SO2轉換時間為~36小時，證明了分布式LCS網絡在現實世界中觀察反應動力學和量化空氣污染物化學轉化的能力。

“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轉化，”克勞福德說�！斑@是我們第一次可以觀察到羽流的化學成分以及它如何順風行進�？吹轿覀兊姆椒ㄗ嘈В�我感到非常欣慰。

授權其他人測量空氣質量

空氣質量（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。這是因為大多數空氣質量測量來自政府運營的網絡，例如美國各州或環(huán)境保護署（EPA）。這些儀器價格昂貴，這限制了傳感器的部署數量。在夏威夷大島上，噴發(fā)前有六個監(jiān)測站，其中一個在噴發(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立單元，可以通過蜂窩網絡進行通信并在偏遠地區(qū)發(fā)揮作用。這些裝置的可負擔性也使得團隊可以將它們交給社區(qū)成員自己測量空氣質量。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)能夠自己測量數據都很重要。

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