Luftkvalitetsplaneringsbyråer i de stora sjöarna i USA inkluderar nu högupplösta NASA-satellitdata och jordobservationer i nästan realtid i sina ozonföroreningsbedömningar. Att skapa modeller som exakt förutsäger de komplexa sjö- och landvindarna längs Michigansjöns strandlinje är mycket svårt, men det är också viktigt för att förstå hur ozonföroreningar cirkulerar i regionen.

Det unika vädret vid Lake Michigans strandlinje kan skapa fickor med höga nivåer av marknära ozon. Denna luftförorening skapas av utsläpp från bilar, lastbilar, fossilbränslekraftverk och andra källor. Det övervakas också av lokala och federala tillsynsmyndigheter, som kräver att stater "uppnår" eller uppfyller federala luftkvalitetsstandarder.

"Våra medlemsländer står inför flera icke-uppnående områden i denna region som bryter mot federala ozonstandarder", säger Zac Adelman, chef för LakeMichiganAir Directors Consortium (LADCO). "Det här systemet är operativt och vi använder det ur politisk synvinkel nu - vi använder aktivt de modelleringssystem som utvecklats genom detta projekt för att simulera begränsningsinsatser och informera staternas strategier för att uppnå resultat."

För att säkerställa att rätt data hamnade i rätt händer och i rätt format, arbetade detta NASA-finansierade projekt med LADCO och Wisconsin Department of Natural Resources (WDNR) för att skapa ett modelleringsverktyg som integrerar satellitdata i ozonövervakningsinsatser. Adelman sa att detta är viktigt för att förbättra förtroendet för politiska beslut för att minska ozonföroreningarna. Data kommer från källor som NASA och National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

"Vi testade många olika ytdatauppsättningar från NASA och NOAA för att ta reda på hur vi kan kombinera dem för att producera den mest exakta uppskattningen av meteorologiska förhållanden som påverkar dessa ozonkoncentrationer", säger Jason Otkin, huvudutredare för projektet och en associerad forskare vid Space Science and Engineering Center vid University of Wisconsin-Madison.

"Det är verkligen spännande att se hur LADCO har kört med dessa resurser och hur de har varit så engagerade under hela processen," sa Otkin.

LADCOs Adelman höll med. "Det här projektet hjälpte oss verkligen att lägga till mervärde till de meteorologiska modellerna och luftkvalitetsmodellerna som vi använder för att stödja besluten i staterna, vilket gjorde det lättare för oss att hjälpa våra medlemsländer att bedöma ozonnivåer och uppfylla federala föroreningsstandarder," sa Adelman.

Förutom vind och väder tillhandahåller NASA andra jordobservationer som påverkar den komplexa miljön runt de stora sjöarna. Dessa inkluderar högupplösta data om markfuktighet och temperatur från NASA:s Land Information System och Short-term Prediction Research and Transition Center (SPoRT), som innehåller data från NASAs Soil Moisture Active Passive (SMAP) uppdrag och NOAA-källor som GOES-serien av satelliter. Teamet införlivar också sjöytans temperatur och vegetationsdata från Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) instrument ombord på det gemensamma NASA-NOAA Suomi National Polar-orbiting Partnership (Suomi NPP) och Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) ombord på NASA:s Terra och Aqua-satelliter.

För att utvärdera effektiviteten av dessa komplexa datormodeller i de stora sjöarna, byggde NASA:s hälso- och luftkvalitetsprojektgrupp på tidigare arbete i området, inklusive en studie från 2017 fokuserad på lokal ozonluftkvalitet nära Lake Michigan, och en nyligen genomförd kampanj för att kartlägga ozonhotspots runt de stora sjöarna.

Med hjälp av denna vy ovanifrån, arbetade projektgruppen också med lokala luftkvalitetspartners på LADCO för att köra sin modell för att förbättra noggrannheten i simuleringar – och därför tillåta mer exakta åtgärder.

"Tidigare gjorde LADCO luftkvalitetssimuleringar med Environmental Protection Agency vid 12 kilometers upplösning", säger Brad Pierce, en medlem av projektgruppen. "Vi kunde förbättra den upplösningen, föra den upp till 1,3 kilometer och öka noggrannheten i simuleringarna med mer än 30 %."

Genom att arbeta direkt med slutanvändarna har teamet kunnat förfina modelleringsprocessen aktivt när LADCO provar dessa kartor i realtid. Otkin och hans team har månatliga tekniska samtal med LADCO och kvartalsvisa samtal med WDNR för att göra ytterligare justeringar av systemet nu när det är i drift.

"De mest effektiva partnerskapen är de där du inte bara kastar något över stängslet", sa Pierce, "men du arbetar med användaren, införlivar deras feedback och faktiskt ger dem ett fullt fungerande verktyg som verkligen är anpassat för deras behov. Det är vad vi kunde göra här – LADCO har varit en lika aktiv deltagare som vi har när det gäller forskningen, en riktig partner."

Resultaten betyder att LADCOs medlemsländer med större självförtroende kan planera strategier för att följa federala ozonstandarder i många år framöver, sa Adelman. Han tillade att LADCO:s medlemsländer räknar med de mer exakta uppskattningarna från NASA:s jordobservationer för när deras formella planer för att ta itu med ozon och uppfylla delstatsspecifika luftkvalitetsmål kommer till Environmental Protection Agency 2023. + Utforska vidare

Forskare konvergerar för att studera ozon, ett atmosfäriskt mysterium nära Lake Michigan