För några år, Luftkvalitetsansvariga har identifierat förhöjda nivåer av ozon i Sheboygan, Wisconsin, område. Det förblir ett atmosfäriskt mysterium eftersom höga halter av ozon vanligtvis förknippas med större städer. Det är också en fråga av stor oro för folkhälsotjänstemän eftersom ozon är ett känt luftvägsirriterande ämne som utgör hälsohot för utsatta befolkningar, särskilt unga och äldre, och de med andningsproblem som astma.

I ett försök att reda ut mysteriet och förstå hur föroreningar rör sig längs den västra kustlinjen av Lake Michigan, University of Wisconsin–Madison Space Science and Engineering Center (SSEC) forskare har anslutit sig till en atmosfärisk studie över Sheboygan och andra städer längs sjöns kust.

Målet med Lake Michigan Ozone Study (LMOS 2017) är att förstå hur vindströmmar kan transportera föroreningar från en plats till en annan – särskilt ozon, som utgör hälsorisker för människor när den hittas nära jordens yta. De insamlade uppgifterna kommer också att integreras i ozonmodeller som används av luftkvalitetsansvariga på myndigheter som Environmental Protection Agency (EPA), Lake Michigan Air Directors Consortium (LADCO), och Wisconsin Department of Natural Resources.

"Vi vill hjälpa till att förbättra dessa modeller och bättre förutsäga när ozonhändelser kommer att inträffa, och i sin tur, skydda hälsan, säger Brad Pierce, en NOAA-fysiker som är stationerad vid UW–Madison och leder LMOS-kampanjen.

Studien representerar ett partnerskap på 1,3 miljoner dollar mellan flera byråer som inkluderar NASA, National Science Foundation (NSF), EPA, National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Electric Power Research Institute (EPRI), och andra organisationer och universitet.

"Planen är att samla in data som kommer att ge oss en heltäckande profil av atmosfären längs stranden av Lake Michigan, säger Tim Wagner, SSEC biträdande forskare.

Wagner övervakar forskningsansträngningarna för en uppsättning markbaserade instrument, känt som SSEC Portable Atmospheric Research Center, eller SPARC. SPARC är en skräddarsydd, 17-fots trailer utrustad med en rad känsliga verktyg som används för att mäta atmosfären, många av dem designades och byggdes på SSEC. Data som samlats in från SPARC-instrumenten på studieplatsen kommer att hjälpa till att konstruera en bild av atmosfären över Sheboygan och omgivande områden genom vind- och temperaturmätningar, och hjälpa till att lösa olika typer av partiklar som is, damm och andra aerosoler.

"Genom att förstå den atmosfäriska strukturen, det ger sammanhang till andra data som är en del av hela kampanjen, " säger Wagner. "Det är en viktig pusselbit för att förstå vad som händer där uppe."

SPARC-teamets data kommer att komplettera NASA-mätningar som redan samlats in från fjärranalysinstrument på ett flygplan som flyger i specifika mönster över området – från Sion, Illinois, till Sheboygan – och data från ett NOAA-forskningsfartyg utrustat med EPA-instrument som samlade in nearshore- och offshoremätningar. Det kommer också att lägga till ozonmätningar som samlats in via bil av EPA Region 5 och UW–Eau Claire professor Patricia Cleary.

"Tillsammans, flygplanet, fartygs- och landmätningar hjälper till att skapa en mer komplett bild av atmosfären, säger Wagner.

Dessutom, EPRI har finansierat Scientific Aviation för att tillhandahålla mätningar från luften längs Michigansjöns kust och NSF har finansierat University of Wisconsin, University of Iowa och University of Minnesota för att utföra detaljerade kemiska mätningar på en markplats i Zion.

UW–Madisons markteam inkluderar Tim Bertram, professor i kemi, och hans doktorander Gordon Novak och Michael Vermeuel. Bertram förklarar att ozon är vanligt förekommande i jordens atmosfär, där det skyddar ytbor från skadlig solstrålning, men det är oftast högt upp och borta från folk. Dock, antropogena källor – som förbränning av fossila bränslen – kan eskalera ozonproduktionen till osäkra nivåer, speciellt när det bildas i städer eller tätbefolkade områden.

Ozon produceras genom ofullständig förbränning, som skapar så kallade prekursormolekyler, som kväveoxid, och flyktiga organiska föreningar. Dessa omvandlas till ozon genom en solljusberoende kemisk process. Ozonnivåerna tenderar att vara högre under sommarmånaderna på grund av ökad solintensitet.

EPA ansvarar för att sätta standarder för ozonföroreningar i hela landet och arbetar med statliga myndigheter för att övervaka luftkvalitetsförhållandena. Städer som inte uppfyller vissa luftkvalitetsstandarder måste genomgå en planeringsprocess för att beskriva sätt att minska föroreningar som ozon. Pierce, som har studerat ozontransport i mer än 20 år, säger att förbättrade modeller kommer att hjälpa EPA och städer när de planerar för framtida luftkvalitetsbehov och krav.

"Fältfasen i Ozonstudien vid Lake Michigan 2017 har varit en överväldigande framgång och vi ser fram emot att använda de mätningar som samlats in under kampanjen för att förstå varför kustzonmonitorer visar högre ozonhalter än inåt land, och förbättra vår förmåga att modellera ozon inom denna komplexa region, säger Pierce.