De kanadensiska skogsbränderna i juni 2023 utsatte en stor del av nordöstra USA för oöverträffade nivåer av rök. En ny modell som kombinerar prognoser för brandrök och data från markbaserade sensorer kan hjälpa folkhälsotjänstemän att planera riktade insatser i områden med störst risk för de negativa hälsoeffekterna av oväntade rökhändelser och luftföroreningar, enligt ett team ledd av forskare från Penn State .
Forskarna rapporterade sina resultat i tidskriften Science of the Total Environment .
"Statistiska analyser tyder på att situationer som förra årets kanadensiska skogsbränder, där rök färdas långa sträckor för att påverka östra USA, kan bli normen", säger huvudförfattaren Manzhu Yu, biträdande professor i geografi vid Penn State.
"Vår forskning kan hjälpa folkhälsotjänstemän i stads- och landsbygdsområden att planera riktade insatser för samhällen med högre risk för skadliga luftföroreningar under brandrök."
Forskarna fokuserade på perioderna mellan 6–8 juni och 28–30 juni 2023, då väderförhållanden och en kuststorm sköt stora mängder rök från Kanada in i nordöstra USA. De använde data från markbaserade sensorer och en form av artificiell intelligens som kallas djupinlärning för att förbättra en väderprognosmodell från National Center for Atmospheric Research.
Modellen — Weather Research and Forecasting-modellen med kemi, eller WRF-Chem — ger timdata om ytkoncentrationer av fina partiklar (PM 2,5). Dessa små partiklar, som finns i brandrök och andra former av luftföroreningar, kan nå lungorna och orsaka hälsoproblem.
Forskarna studerade också anonymiserade mobilitetsdata från enheter som smartphones för att se hur människor ändrade sina reseaktiviteter under rökhändelserna. Dessutom genomförde de en miljörättsbedömning med hjälp av data från U.S. Environmental Protection Agency för att se om vissa miljömässiga och demografiska faktorer korrelerade med ökad sårbarhet för negativa hälsoeffekter från rök från skogsbrand.
Dessa faktorer inkluderade variabler som andel av befolkningen med mindre än gymnasieutbildning, minoritetsstatus, hjärtinfarkt och astma sjukhusvistelser och befintliga föroreningsbördor från källor som tung trafik och kraftverk. De studerade dessa faktorer på länsnivå, från Pennsylvania och New Jersey upp genom Maine, för att se om vissa samhällen delade på en större del av föroreningsbördan än andra.
Teamet fann att den förfinade prognosmodellen bättre uppskattade storleken och tidpunkten för PM 2,5-spikar, mätt i mikrogram per kubikmeter luft (µg/m 3 ), över studieområdet än den nuvarande prognosmodellen.
När man tittar på hur förutsagda data matchar observerade data, med 0 µg/m 3 av PM 2,5, vilket betyder att modellen exakt matchar markobservationer, fick den nuvarande prognosmodellen -6,872 µg/m 3 , vilket markerar en stor underskattning av partikelhalterna. Den förfinade modellen fick 0,160 µg/m 3 , vilket markerar en lätt överskattning av partikelnivåerna som ligger mycket närmare vad marksensorerna mätte.
Dessutom fann forskarna att stads- och landsbygdssamhällen som redan belastats av befintliga miljöföroreningar möter högre luftföroreningsnivåer under oväntade rökhändelser än andra områden.
"De goda nyheterna, enligt våra rön, är att när människor hör om rök från skogsbränder, tenderar de att minska sin rörlighet," sa Yu.
"Men vi fann att under dessa rökhändelser uppvisade New York City, Philadelphia och de omgivande länen fortfarande aktiviteter med hög rörlighet. Vi måste förmodligen tänka på riktade insatser i stadsområden eftersom med så många människor som bor i området, exponeringsnivåer för ohälsosam luft är mycket höga."
Landsbygdssamhällen belastade av föroreningar från kraftverk och gruvor kan också ha särskilda behov, sa hon. Till exempel, förklarade hon, har Bennington County, Vermont, få demografiska faktorer som skulle göra det mer sårbart för miljöföroreningar.
Det är dock hem för flera gruvor, tung trafik, lagringsplatser för farligt avfall och mer, vilket alla bidrar till högre miljöföroreningsresultat. Dessa faktorer förstärkte luftföroreningsnivåerna under de rökiga dagarna.
"Folkhälsoinsatser är vanligtvis baserade på befolkningskoncentrationer, som naturligtvis är högre i stadsområden," sa Yu. "Att känna till dessa befintliga sårbarheter på landsbygden kan hjälpa tjänstemän att bättre betjäna dessa områden och skydda allmänhetens hälsa."
Under tiden kan individer vidta åtgärder nu för att skydda sin hälsa under den kommande skogsbränderna.
"Jag skulle föreslå att individer har ett luftfilter och luftföroreningsövervakning inomhus i sina hem," sa Yu. "De kan också förbättra isoleringen runt sina fönster och dörrar om röknivåerna är riktigt höga. Jag skulle rekommendera att arbeta hemifrån om möjligt eller skaffa en högkvalitativ mask om du måste resa utomhus.
"Och jag tror att vi i Pennsylvania måste prata om standarder för organisationer för hur vi reagerar på rökdagar, oavsett om det är att jobba hemifrån, ha en ledig dag eller att säga upp tidigt. Vi är inte vana vid rökevenemang, och vi behöver några typ av policy eller standard för att skydda allmänhetens hälsa."
Förutom Yu, bidragsgivare till denna forskning från Penn State inkluderar Zhenlong Li, docent i geografi, och doktoranderna Shiyan Zhang och Huan Ning; och Kai Zhang, Empire Innovation Associate Professor vid University of Albanys School of Public Health.
Mer information: Manzhu Yu et al, Assessing the 2023 canadian wildfire smoke impact in northeastern USA:Luftkvalitet, exponering och miljörättvisa, Science of The Total Environment (2024). DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.171853
Journalinformation: Science of the Total Environment
Tillhandahålls av Pennsylvania State University
