Một làn khói mờ bao phủ sông Hudson ở thành phố New York. Thành phố New York là một trong số các siêu đô thị của Hoa Kỳ đang được nhắm mục tiêu bởi một chiến dịch nghiên cứu ô nhiễm không khí lớn do NOAA dẫn đầu đang được tiến hành vào Mùa hè năm 2023. (Ảnh: iStock)
Các nhà khoa học từ NOAA, NASA và 21 trường đại học từ ba quốc gia đang triển khai các công cụ tiên tiến nhất trong nhiều chiến dịch nghiên cứu phối hợp trong tháng này để điều tra xem các nguồn ô nhiễm không khí đã thay đổi như thế nào trong những thập kỷ gần đây.
Kể từ những năm 1970, các nhà khoa học và cơ quan quản lý môi trường Hoa Kỳ đã đạt được những bước tiến đáng kể trong việc giảm ô nhiễm không khí bằng cách làm sạch khí thải từ ống xả và ống khói. Tuy nhiên, mức độ của hai trong số các loại ô nhiễm có hại nhất, ôzôn trên mặt đất và bụi mịn, chỉ giảm một cách khiêm tốn trong những năm gần đây. Cả hai vẫn góp phần vào cái chết sớm của hơn 100.000 người Mỹ mỗi năm.
“Đây là một cuộc điều tra khoa học chưa từng có — về phạm vi, quy mô và mức độ phức tạp — về mối đe dọa sức khỏe cộng đồng đang diễn ra giết chết nhiều người hàng năm,” Tiến sĩ Rick Spinrad, Quản trị viên NOAA cho biết. “Không một cơ quan hay trường đại học nào có thể làm bất cứ điều gì như thế này một mình.”
Trong tháng này, các nhà khoa học từ NOAA, NASA và 21 trường đại học từ ba quốc gia đang tiến hành nhiều chiến dịch nghiên cứu phối hợp để điều tra xem các nguồn ô nhiễm không khí đã thay đổi như thế nào trong những thập kỷ gần đây. (Ảnh: NOAA)
Sử dụng nhiều vệ tinh, bảy máy bay nghiên cứu, xe cộ, hàng chục thiết bị cố định — thậm chí cả ba lô có dụng cụ — các nhà khoa học sẽ đo mức độ ô nhiễm không khí từ các nguồn bao gồm giao thông vận tải, cơ sở công nghiệp, nông nghiệp, cháy rừng và các sản phẩm tiêu dùng như sơn, thuốc trừ sâu và nước hoa. Dữ liệu sẽ được các nhà khoa học và Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) xem xét kỹ lưỡng, phân tích và chạy qua các mô hình hóa học và thời tiết tinh vi nhằm nỗ lực cải thiện các dự báo về ô nhiễm không khí. Các phát hiện sẽ được chia sẻ với các quan chức môi trường của tiểu bang và địa phương để thông báo các quyết định về những cách hiệu quả nhất để giảm ô nhiễm không khí.
Dữ liệu cũng sẽ được sử dụng để đánh giá các quan sát đầu tiên được thực hiện bởi thiết bị TEMPO đột phá của NASA— cảm biến sinh ra từ không gian địa tĩnh đầu tiên liên tục đo mức độ ô nhiễm không khí trên khắp Bắc Mỹ. Các bài học kinh nghiệm sẽ hỗ trợ quá trình phát triển các vệ tinh GeoXO mới do NOAA và NASA cùng phát triển.
Tìm nguyên nhân gây ô nhiễm dai dẳng
EPA, cơ quan đặt ra các quy định về chất lượng không khí quốc gia, hiện liệt kê khoảng 200 quận của Hoa Kỳ không đáp ứng tiêu chuẩn ôzôn 8 giờ được thiết lập vào năm 2015. Sáu mươi chín quận không đáp ứng tiêu chuẩn về bụi mịn PM2.5, được đặt ra trong 2006. Sau nhiều thập kỷ suy giảm ôzôn tầng mặt đất và bụi mịn ở Mỹ, xu hướng giảm đã chậm lại trong những năm gần đây.
Các nhà khoa học từ bốn phòng thí nghiệm nghiên cứu của NOAA, đứng đầu là Phòng thí nghiệm Khoa học Hóa học (CSL), cùng với các nhà khoa học vệ tinh NOAA và các phi công nghiên cứu của NASA, đang dẫn đầu ba dự án nghiên cứu. Phòng thí nghiệm lớn nhất, AEROMMA, có các nhà khoa học và cộng tác viên của NOAA vận hành 30 thiết bị chuyên dụng trên phòng thí nghiệm bay DC-8 của NASA, thu thập vô số phép đo hóa học tại các thành phố đông dân cư, bao gồm Thành phố New York, Chicago, Toronto và Los Angeles.
Nhà khoa học Carsten Warneke của CSL cho biết: “Để đạt được tiến bộ trong việc giảm ô nhiễm không khí ảnh hưởng tiêu cực đến hàng triệu người Mỹ, chúng ta cần hiểu rõ hơn về các nguồn gây ô nhiễm hiện tại và điều gì xảy ra với những chất gây ô nhiễm này khi chúng ở trong khí quyển”.
Trong nhiều thập kỷ, khí thải nhiên liệu hóa thạch là nguồn chính tạo ra các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi đô thị hoặc VOC, cùng với các oxit nitơ, hoặc NOx, đóng vai trò là tiền thân của cả ôzôn và ô nhiễm bụi mịn trên mặt đất. Vì VOC từ lĩnh vực giao thông vận tải đã giảm, nghiên cứu gần đây của NOAA cho thấy các sản phẩm tiêu dùng có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch (được gọi là “sản phẩm hóa chất dễ bay hơi”) hiện có thể đóng góp tới 50% tổng lượng phát thải VOC hóa dầu ở các thành phố đô thị đông dân cư. Những điều này có thể không được tính toán chính xác trong kiểm kê phát thải hoặc được xem xét trong các chiến lược quản lý chất lượng không khí.
Các chiến dịch cũng có thể có cơ hội điều tra một nguồn ô nhiễm không khí mới nổi khác: khói cháy rừng đã bao trùm các bang Trung Tây và Bờ Đông vào mùa hè này.
Thu thập dữ liệu vệ tinh
Các nhà nghiên cứu của NASA cũng đang triển khai hai máy bay nghiên cứu Gulfstream của họ với DC-8, lập bản đồ chất lượng không khí và khí mê-tan từ độ cao lớn trên năm thành phố trong khi DC-8 thu thập các phép đo ở độ cao thấp hơn. Tương tự như các dự án khác, dữ liệu do sứ mệnh STAQS của NASA thu thập sẽ được so sánh với các ước tính có độ phân giải cao của TEMPO về khí vi lượng và sol khí, cũng như với kiểm kê phát thải và các quá trình khí quyển.
“NASA rất vui mừng được hợp tác với NOAA và EPA trong các chiến dịch thực địa này để tìm hiểu cách sử dụng vệ tinh TEMPO tốt nhất để quan sát những thay đổi hàng giờ về chất lượng không khí ở quy mô khu vực lân cận trên khắp Bắc Mỹ,” Barry Lefer, nhà khoa học chương trình của NASA về thành phần tầng đối lưu cho biết.
Một nhiệm vụ nghiên cứu đồng thời của NOAA, CUPiDS , sẽ sử dụng máy bay nghiên cứu Twin Otter của NOAA để tập trung vào khí tượng học và động lực học của bầu khí quyển tạo ra và vận chuyển các chất ô nhiễm từ khu vực đô thị New York theo chiều gió đến Nam New England. Một sự kết hợp khác là phi cơ có thiết bị Cessna của Đại học Maryland và một chiếc SUV có thiết bị của NOAA thực hiện các phép đo đồng thời trong không khí và trên bề mặt để hiểu rõ hơn về sự phân bố ô nhiễm không khí và khí thải nhà kính theo chiều dọc ở hành lang Đông Bắc từ DC-Baltimore đến Thành phố New York và Long Island Sound.
Trên mặt đất , các nhà nghiên cứu từ Đại học Yale, Aerodyne Research Inc. và các cộng tác viên khác do NOAA tài trợ sẽ thực hiện các phép đo từ một địa điểm trên mái nhà tại khuôn viên The City College of New York, xuôi chiều gió ở Guilford, Connecticut, từ một tháp nghiên cứu cao 62 mét trên Long Island, phối hợp với các chuyến bay DC-8 và Twin Otter. Văn phòng Chương trình Khí hậu của NOAA đang cung cấp tài trợ lớn cho những nghiên cứu này và các nghiên cứu liên kết khác.
Tại Manhattan, các nhà khoa học sẽ mang theo các cảm biến ô nhiễm không khí trong ba lô trong một dự án thí điểm của NOAA để điều tra ozon ở mặt đất và PM2.5 tại các khu dân cư không được quan trắc ở thành phố New York, nơi ô nhiễm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, đặc biệt là trong các đợt nắng nóng.
Kết hợp tất cả lại với nhau
Giám đốc CSL David Fahey cho biết: “Số lượng lớn người tham gia, các phép đo, sự đa dạng của các nền tảng tham gia và cách họ làm việc cùng nhau theo cách được dàn dựng và phối hợp chặt chẽ là độc nhất vô nhị. “Mục tiêu của chúng tôi là một cái nhìn toàn diện về tình trạng ô nhiễm không khí trên khắp Hoa Kỳ để cải thiện các dự báo về chất lượng không khí ở khu vực và đô thị, đồng thời nâng cao sức khỏe của quốc gia chúng ta.”
Nguồn NOAA
