Wetenschap
Verbeterd natuurbrandrookmodel identificeert gebieden voor interventie op het gebied van de volksgezondheid
De Canadese bosbranden van juni 2023 stelden een groot deel van het noordoosten van de Verenigde Staten bloot aan ongekende rookniveaus. Een nieuw model dat rookvoorspellingen van natuurbranden en gegevens van sensoren op de grond combineert, kan volksgezondheidsfunctionarissen helpen gerichte interventies te plannen in gebieden die het grootste risico lopen op de negatieve gezondheidseffecten van onverwachte rookgebeurtenissen en luchtvervuiling, volgens een team onder leiding van wetenschappers van Penn State .
De onderzoekers rapporteerden hun bevindingen in het tijdschrift Science of the Total Environment .
"Statistische analyses suggereren dat situaties zoals de Canadese bosbranden van vorig jaar, waarbij rook lange afstanden aflegt en het oosten van de Verenigde Staten treft, de norm kunnen worden", zegt hoofdauteur Manzhu Yu, assistent-professor aardrijkskunde aan Penn State.
"Ons onderzoek kan volksgezondheidsfunctionarissen in stedelijke en landelijke gebieden helpen bij het plannen van gerichte interventies voor gemeenschappen die een hoger risico lopen op schadelijke luchtvervuiling tijdens rookgebeurtenissen door natuurbranden."
De onderzoekers concentreerden zich op de periodes tussen 6 en 8 juni en 28 tot 30 juni 2023, toen de weersomstandigheden en een kuststorm grote hoeveelheden rook vanuit Canada naar het noordoosten van de Verenigde Staten duwden. Ze gebruikten gegevens van sensoren op de grond en een vorm van kunstmatige intelligentie, deep learning genaamd, om een weersvoorspellingsmodel van het National Center for Atmospheric Research te verbeteren.
Het model – het Weather Research and Forecasting model with Chemistry, of WRF-Chem – levert gegevens per uur over de oppervlakteconcentraties van fijn stof (PM 2,5). Deze kleine deeltjes, die worden aangetroffen in de rook van natuurbranden en andere vormen van luchtvervuiling, kunnen de longen bereiken en gezondheidsproblemen veroorzaken.
De wetenschappers bestudeerden ook geanonimiseerde mobiliteitsgegevens van apparaten zoals smartphones om te zien hoe mensen hun reisactiviteiten veranderden tijdens de rookgebeurtenissen. Daarnaast voerden ze een milieurechtvaardigheidsbeoordeling uit met behulp van gegevens van de Amerikaanse Environmental Protection Agency om te zien of bepaalde milieu- en demografische factoren correleerden met een grotere kwetsbaarheid voor negatieve gezondheidseffecten als gevolg van natuurbrandrook.
Deze factoren omvatten variabelen zoals het percentage van de bevolking met minder dan een middelbare schoolopleiding, de minderheidsstatus, het aantal ziekenhuisopnames voor hartaanvallen en astma, en de bestaande vervuiling door bronnen als zwaar verkeer en elektriciteitscentrales. Ze bestudeerden deze factoren op provinciaal niveau, van Pennsylvania en New Jersey tot Maine, om te zien of bepaalde gemeenschappen een groter deel van de vervuilingslast deelden dan andere.
Het team ontdekte dat het verfijnde voorspellingsmodel de omvang en timing van PM 2,5-pieken beter inschatte, gemeten in microgram per kubieke meter lucht (µg/m 3 ), voor het hele studiegebied dan het huidige voorspellingsmodel.
Als we kijken naar hoe voorspelde gegevens overeenkomen met waargenomen gegevens, met 0 µg/m 3 van PM 2,5, wat betekent dat het model exact overeenkomt met grondwaarnemingen, scoorde het huidige voorspellingsmodel een -6,872 µg/m 3 Dit duidt op een grote onderschatting van de deeltjesniveaus. Het verfijnde model scoorde een score van 0,160 µg/m 3 , wat een lichte overschatting betekent van de deeltjesniveaus, die veel dichter in de buurt kwamen van wat de grondsensoren hebben gemeten.
Bovendien ontdekten de onderzoekers dat stedelijke en plattelandsgemeenschappen die al last hebben van bestaande milieuvervuiling tijdens onverwachte rookgebeurtenissen te maken krijgen met hogere niveaus van luchtvervuiling dan andere gebieden.
"Het goede nieuws is volgens onze bevindingen dat wanneer mensen horen over de rook van natuurbranden, ze de neiging hebben hun mobiliteit te verminderen", zei Yu.
"Maar we ontdekten dat tijdens deze rookgebeurtenissen New York City, Philadelphia en de omliggende provincies nog steeds hoge mobiliteitsactiviteiten vertoonden. We moeten waarschijnlijk nadenken over gerichte interventies in stedelijke gebieden, omdat er zoveel mensen in het gebied wonen, de blootstelling aan ongezonde lucht zijn zeer hoog."
Plattelandsgemeenschappen die gebukt gaan onder de vervuiling door energiecentrales en mijnen kunnen ook specifieke behoeften hebben, zei ze. Ze legde bijvoorbeeld uit dat Bennington County, Vermont, weinig demografische factoren kent die het kwetsbaarder maken voor milieuvervuiling.
Het is echter de thuisbasis van meerdere mijnen, druk verkeer, opslagplaatsen voor gevaarlijk afval en meer, die allemaal bijdragen aan hogere scores voor milieuvervuiling. Deze factoren versterkten de luchtverontreinigingsniveaus tijdens de rokerige dagen.
"Interventies op het gebied van de volksgezondheid zijn meestal gebaseerd op bevolkingsconcentraties, die uiteraard hoger zijn in stedelijke gebieden", zei Yu. "Het kennen van deze bestaande kwetsbaarheden in plattelandsgebieden kan ambtenaren helpen deze gebieden beter te bedienen en de volksgezondheid te beschermen."
In de tussentijd kunnen individuen nu stappen ondernemen om hun gezondheid te beschermen tijdens het komende natuurbrandseizoen.
"Ik zou willen voorstellen dat mensen thuis een luchtfilter en een monitor voor luchtverontreiniging binnenshuis hebben", zei Yu. "Ze kunnen ook de isolatie rond hun ramen en deuren verbeteren als de rookniveaus erg hoog zijn. Ik zou aanraden om indien mogelijk thuis te werken of een mondkapje van hoge kwaliteit te kopen als je buitenshuis moet reizen.
“En ik denk dat we in Pennsylvania moeten praten over standaarden voor organisaties voor hoe we reageren op rookdagen, of dat nu thuiswerken is, een vrije dag hebben of eerder weggaan. We zijn niet gewend aan het roken van evenementen, en we hebben wat nodig soort beleid of standaard voor de bescherming van de volksgezondheid."
Naast Yu leveren bijdragen aan dit onderzoek vanuit Penn State onder meer Zhenlong Li, universitair hoofddocent aardrijkskunde, en promovendi Shiyan Zhang en Huan Ning; en Kai Zhang, Empire Innovation Associate Professor aan de School of Public Health van de Universiteit van Albany.