随着美国西部野火的频率、严重性和规模不断增加，研究人员决心更好地了解烟雾如何影响空气质量、公共健康，甚至天气。火灾燃烧时，释放出大量气溶胶——燃烧的树木和住宅蒸发后的残留物，这些物质进入了大气和我们呼吸的空气中。现在，一项新研究分解了这些气溶胶和气体，以确定它们对我们健康以及地球短期和长期天气的潜在影响。
这项研究发表于《环境科学：大气》四月的期刊中，测量了2017年至2020年期间19个月内内华达州里诺的空气质量，以捕捉烟雾天和晴天。在此期间，来自106场以上野火的烟雾影响了该市的空气。DRI科学家吕思颖和安德烈·克利斯托夫主导了这项研究，发现烟雾天的细小气溶胶（称为PM 2.5，代表颗粒物的尺寸）和一氧化碳浓度均有所增加。在分析的火灾多发的夏末月份，野火烟雾占里诺空气中PM2.5的56%至65%和一氧化碳浓度的18%至26%。这些结果对天气、云的形成和公共健康具有重要影响。
“我们知道里诺夏季常受到野火影响，因此我们希望比较烟雾天和非烟雾天，并测量对当地空气质量的影响，”吕表示，她在攻读博士学位时完成了这项研究。“尽管我们此次研究集中在里诺，但我们开发的方法理论上可以应用于任何地方。”
研究团队在DRI的里诺校园屋顶开始，设立了能够测量大气颗粒大小的设备。这些信息很重要，因为它决定了颗粒如何与大气和人体相互作用。较大的颗粒可以影响我们的上呼吸道，而细小气溶胶可以更深入地进入肺部。
研究人员还从里诺市中心的EPA空气监测站收集数据，提供PM2.5、臭氧、一氧化碳和其他空气污染物的小时浓度。这些数据还提供了钾的浓度，这是一种由燃烧的树木和其他木材释放的元素，可以用来确认空气中是否存在野火烟雾。
团队进一步通过使用卫星图像识别可见的烟羽和来自NASA和NOAA的火灾位置资料，验证了空气污染是否由野火烟雾造成。利用NOAA的一个附加工具，他们能够追溯里诺的风，验证它们是否确实经过了野火区域。
野火气溶胶对天气的影响相当复杂。一方面，它们可以作为过滤器来散射和反射进入的阳光，产生降温效果。另一方面，它们含有吸光材料，如烟灰和棕色有机化合物，这些物质可能导致升温。较大的气溶胶可以促进云的形成和持续时间，因为它们可以作为水蒸气凝结的核。数据表明，烟雾天的气溶胶浓度可能高达平均水平的13倍，且极有可能作为云核。
“我们发现，火灾期间颗粒的大小与里诺一个正常日子截然不同，这对云的形成、阳光的散射以及公共健康具有重要意义，”DRI化学研究教授克利斯托夫说。
该研究还发现烟雾天的一氧化碳浓度较高。呼吸高浓度的一氧化碳可能降低血液向大脑和其他器官输送氧气的能力。
相反，氮氧化物和臭氧的浓度在里诺的空气中在烟雾天和普通天的水平相似。他们将此归因于车辆交通和阳光诱导的化学反应。
“我们的研究提供了关于野火烟雾如何影响美国西部空气质量的最全面的观察之一，”吕说。
吕正在开发一个机器学习程序，通过自动化识别空气中野火烟雾的存在来促进这种空气质量研究。这可能用于构建一个自动化应用程序，通过位置识别实时的烟雾影响，并促进空气质量研究和公共健康信息传播。
