SARP West 2025 Aerosol Grubu

Fakülte Danışmanları:

Andreas Beyersdorf, Kaliforniya Eyalet Üniversitesi, San Bernardino

Lisansüstü Mentor:

Bradley Ries, Kaliforniya Üniversitesi, Riverside

Martha Santiago, Northwestern Üniversitesi

Temiz Hava'nın yürürlüğe girmesinden bu yana Amerika Birleşik Devletleri'nde hava kalitesi iyileşmiş olsa da

1970 yılında çıkarılan kanunla hava kirliliği milyonlarca Amerikalı için bir sorun olmaya devam ediyor. Hayvancılık, gübreler ve pestisitler çevreye kirletici maddeler salabilir ve bu da yakındaki popülasyonlarda astım ve kardiyovasküler hastalıklar gibi olumsuz sağlık etkileriyle ilişkilendirilebilir. Bazı aerosoller tarım için izleyici olduğundan, aerosol konsantrasyonlarının ve bileşiminin incelenmesi, hava kirliliğinin kaynaklarının ve etkilerinin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olabilir. Burada iki tarım bölgesini karşılaştırıyoruz; meyve, yemiş ve sığır çiftliklerinin hakim olduğu Kaliforniya'daki Central Valley ile tavuk kuluçkahaneleri ve sebze çiftliklerinden oluşan Delmarva Yarımadası. Aerosol Kütle Spektrometresinden (AMS) alınan hava verilerini kullanarak amonyum (NH4+), klorür (Cl-), nitratlar (NO3-), organikler ve sülfatların (SO42-) göreceli ve mutlak seviyelerini karşılaştırır ve bir mikrondan (PM1) daha küçük toplam partikül maddeyi hesaplarız. Ayrıca tarımsal faaliyetin izleyicisi olan metan (CH4) gibi diğer tarımsal kirleticileri de inceliyor ve her bölge arasındaki sıcak noktaları karşılaştırıyoruz. Her iki bölge de yüksek düzeyde tarımla bilinmesine rağmen sonuçlarımız, bunların aerosol ve eser gaz bileşimleri ve konsantrasyonlarının önemli ölçüde farklılık gösterdiğini göstermektedir. Delmarva Yarımadası'nda hava kirliliği bölgesel bir sorun gibi görünüyor; ortalama kirletici konsantrasyonları daha yüksektir ancak eşit şekilde dağılmıştır. Tersine, Central Valley'deki kirlilik, topluluk kümeleri üzerinde örtüşen daha yüksek kirletici zirvelerinin gösterdiği gibi yereldir. Bileşim, konsantrasyon ve dağıtımdaki farklılıkları anlamak, toplulukların ve politika yapıcıların hava kirliliğini gidermeye ve hava kalitesini iyileştirmeye yönelik çözümler belirlemesine olanak tanır.

Eli Garcia, Trinity Koleji

Aerosoller hem kentsel hem de kırsal alanlarda genel hava kalitesi, görünürlük ve insan sağlığı açısından önemli bir rol oynamaktadır. Los Angeles'ın kentsel yayılımı içinde, pek çok antropojenik aerosol kaynağı, büyük metropol bölgesinin hava kalitesinin iyileştirilmesine ancak yine de ortalamanın altında olmasına anlamlı katkıda bulunmaktadır. Los Angeles kentinin göreceli büyüklüğü ve topografyası nedeniyle bölge, her biri farklı aerosol kaynaklarına ve bileşimlerine sahip birden fazla farklı bölgeye bölünebilir. Bu kaynakları daha iyi anlamak için, son iki yaz boyunca NASA Öğrenci Havadan Araştırma Programı uçuş kampanyalarında kaçırılan yaklaşmalar incelendi. Bu kaçırılan yaklaşımlar bize, bu havalimanlarının yakınında yaşayan insanların yerel aerosol bileşiminin doğru bir anlık görüntüsünü sağlıyor, böylece bu kirleticilerin kaynaklarını daha iyi anlayabiliyoruz. Bu çalışma için organiklerin, sülfatların, nitratların, amonyumun ve klorürlerin göreceli miktarlarını belirlemek için aerosol kütle spektrometresi verilerini kullandık. Ayrıca, bir yoğunlaşma parçacık sayacı kullanarak parçacıklı maddenin toplam sayımını ve uçucu olmayan sayımını da toplayabildik. Kaçırılan yaklaşmaların gerçekleştirildiği altı ortak havaalanından veriler elde edildi ve aerosol bileşiminin havza içindeki konuma göre değiştiğini keşfettik. Trafiğin ve depoların yoğun olduğu havalimanlarında nitratlar toplam kütlenin daha büyük bir bölümünü oluştururken, Long Beach gibi sanayi yoğunluğunun daha fazla olduğu havalimanlarında sülfatlar da daha büyük bir paya sahiptir. En büyük katkıda bulunan aerosollerin neler olduğunu ve bunların ana kaynaklarını belirleyerek, çabalar bu spesifik kirleticilerin azaltılmasına odaklanabilir.

Kiersten Sundell, Rhode Island Üniversitesi

Imperial Valley toplulukları, düzenleyici izleme istasyonlarındaki nispeten düşük partikül madde (PM2,5 ve PM10) okumalarına rağmen, tüm yaş gruplarında Kaliforniya ortalamalarından önemli ölçüde daha yüksek astım oranları göstermektedir. Bu sağlık-kirlilik bağlantısı, endüstriyel sığır besi alanlarının hakim olduğu bir bölgede potansiyel ölçülmemiş emisyon kaynaklarına işaret ediyor. Imperial Valley, Kaliforniya'nın en büyük Konsantre Hayvan Besleme Operasyonu'na (CAFO) ve mezbahaya, binlerce sığırı hapseden ve büyük miktarlarda metan, PM, nitröz oksit ve amonyak üreten, solunum ve kardiyovasküler sağlık etkileriyle bağlantılı karmaşık aerosoller üreten tesislere ev sahipliği yapıyor. Önceki çalışmalarda CAFO emisyonlarını değerlendirmek için rüzgar yönündeki toplam asılı partikül filtreleri, dağılım modellemesi ve tedarik zinciri haritalaması kullanılmış olsa da, bu yaklaşımlar genellikle yoğun kirlilik sıcak noktalarını gözden kaçırıyor. Eyaletin en büyük sığır besi yeri ve mezbahasından gelen emisyonları ölçmek ve haritalandırmak için NASA Öğrenci Havadan Araştırma Programından, EPA hava kalitesi izleme istasyonlarından, IPCC hesaplamalarından ve Kaliforniya atık su izinlerinden elde edilen aerosol verilerini birleştiriyoruz: Calipatria ve Brawley, California'daki Brandt Beef. Kaliforniya Halk Sağlığı Departmanı ve CalEnviroScreen'den elde edilen verileri kullanarak bu kirleticileri Kaliforniya'nın Imperial Vadisi'ndeki sağlık ve demografik verilerle eşleştirdik ve kirleticinin yayılması ile astım ve kardiyovasküler hastalık gibi sağlık göstergelerinin yaygınlığı arasında önemli korelasyonlar bulduk. Analizimiz Brandt Beef operasyonlarının günde 26,73 ton metan ve 39,98 ton nitröz oksit saldığını ortaya koyuyor. Havadan yapılan ölçümler tesislerin çevresinde yüksek PM konsantrasyonlarını ortaya çıkarırken, mekansal analizler tesisin yakınlığı ile sağlık koşulları arasında önemli korelasyonlar gösterdi. Bu bulgular, büyük ölçekli sığır operasyonlarının, federal hava kalitesi standartlarına uygun olmasına rağmen, çevredeki topluluklarda sağlık sonuçlarındaki farklılıklarla bağlantılı olabilecek ölçülebilir çevresel etkilerle ilişkili olduğunu göstermektedir.

Lilly Kramer, Oberlin Koleji

Rüzgarların gevşek çökeltileri toplaması nedeniyle toz fırtınaları meydana gelir ve bu da çevredeki nüfus için sağlık sorunları yaratır. ABD'deki en büyük toz kaynağı Kaliforniya'daki Owens Dry Lake'te bulunuyor. Bu toz fırtınaları inanılmaz derecede zehirlidir ve açıktaki göl yatağından (playa) kanserojen maddeleri atmosfere ve insanlara taşır. Salton Denizi, Kaliforniya'da hızla kuruyan ve playa'sını çevreye maruz bırakan bir göldür. Salton Denizi'nin düşüşü, 1905'te kuruyan Owens Gölü'nün kaderini yansıtıyor. Eric C. Edwards (ve diğerleri) tarafından 2024'te yapılan bir araştırma makalesi, Salton Denizi'nden artan toz emisyonlarını göstermek için mekansal olarak açık bir parçacık taşıma modeli kullandı. Araştırmamız, Salton Denizi bölgesinde artan playaların daha fazla toz oluşturduğuna dair çevresel kanıtları ortaya koyacak ve mevcut modeli doğrulayacak. Bu, NASA Öğrenci Havadan Araştırma Programı uçuş verilerinin neredeyse on yıl boyunca analiz edilmesiyle başarıldı. Ultra Yüksek Hassasiyetli Aerosol Spektrometresi (UHSAS) ve Lazer Aerosol Spektrometresi (LAS), aerosol parçacıklarının boyutu ve miktarı hakkında bilgi sağladı. Analiz, çapı 500 nm'nin üzerindeki parçacıklara bakarak Salton Denizi bölgesinde toz parçacıklarının arttığı yönünde bir eğilim belirledi. Artan zehirli toz önemli sağlık sorunlarına neden olduğundan, bu eğilim şu anda gölün yakınında yaşayan insanlar için tehlikelidir. Bu sorun daha da kötüleşecek çünkü göl öngörülen yoluna devam ederse ve tamamen kurursa, çok daha uzaklara uzanan devasa toksik toz fırtınaları yaratabilir.

Justin Staley, Villanova Üniversitesi

Gezegensel sınır tabakası (PBL) atmosferin en alt kısmıdır. yerinde serbest troposferi ve Dünya yüzeyini çevreleyen hava. Türbülanslı karışımla karakterize edilen PBL, iklim düzenlerinde, hava dinamiklerinde ve hava kalitesinde önemli bir rol oynar ve sıcaklık, coğrafya ve okyanusa yakınlık gibi dış faktörlerden etkilenir. Bu proje, 2025 yazında ve 2021 kışında kaçırılan yaklaşmalar sırasında eser gazların ve aerosollerin dikey profillerinin nasıl karşılaştırıldığını sorarak büyük Los Angeles bölgesindeki PBL özelliklerindeki mevsimsel farklılıkları analiz ediyor. Eser gazların (CH₄, NH₄, O₃, NO₃), organik aerosollerin ve toplam aerosol sayısının uçak bazlı ölçümleri, PBL yapısının kentsel ve kıyı bölgelerindeki kirletici dağılımını nasıl etkilediğini analiz etmek için kullanıldı. Sonuçlar, yaz sabahlarının sıklıkla artan güneş yoğunluğundan dolayı daha derin sınır katmanları sergilediğini göstermektedir. Buna karşılık, kış sabahı profilleri, daha az ısınma ve daha fazla bulut örtüsünden kaynaklanan daha sığ ve daha kararlı sınır katmanları ve daha zayıf dikey karışım sergiliyor. Gözlemlenen kimyasal türler, özellikle O₃ ve NH₄, PBL'nin tepesinde farklı dikey eğimler sergileyerek yüksekliğini ve dinamiklerini tanımlamaya yardımcı oldu. Ek olarak ozon konsantrasyonları PBL'nin üzerine çıkarken toplam aerosol sayısı rakım ve konuma göre değişir. Bu bulgular, kirletici madde dağılımı, kimyasal reaktivite, bölgesel hava kalitesi modellemesine yönelik çıkarımlar ve Güney Kaliforniya'daki sınır tabakası davranışını şekillendirmede yerel coğrafya ve meteorolojinin rolünün daha iyi anlaşılmasına dair içgörü sağlıyor.

Jacob Garside, Plymouth Eyalet Üniversitesi

Kaliforniya'da her yıl binlerce orman yangını meydana geldiğinden, duman bileşimini anlamak hava kalitesi ve iklim değerlendirmeleri açısından kritik öneme sahiptir. Kontrol edilemeyen yangının şiddeti ve yoğunluğu yıldan yıla arttıkça, aerosol bulutlarını karakterize edebilmek daha önemli hale geliyor. Bu çalışma, 2025'teki iki önemli yangını, havadan ve yerden alınan birleşik ölçümlerle inceliyor: 30 Haziran Ardıç Yangını ve 24 günlük Eaton Yangını (7-31 Ocak). NASA Öğrenci Havadan Araştırma Programı sırasında, P-3B uçağı Ardıç Ateşi dumanını önleyerek biyokütle yakan aerosollerin kapsamlı bir analizini mümkün kıldı. Uçak ve yüzey ölçümlerini karşılaştırarak aerosollerin ve eser gazların kesin yangın imzası olarak kullanılıp kullanılamayacağını araştırdık. Çalışmada, absorpsiyon Ångström üssünü (AAE) türetmek için hem havadaki Langley Aerosols Araştırma Grubu'ndan, alet takımından hem de yer bazlı Atmosfer Bilimi ve Kimya mEasuremet NeTwork (ASCENT) aethalometer'den alınan absorpsiyon ölçümleri kullanılırken, uçaktaki eş zamanlı CO ve CO₂ ölçümleri dumanın kesişmelerini ve yanma verimliliğini tespit etti. 1,5-1,7'lik hesaplanan AAE değerleri, biyokütle yakımının özelliği olan siyah karbon ve kahverengi karbondan gelen karışık katkıları gösterdi. Yüksek CO değerleri genellikle bu tür yangınlarla bağlantılı olduğundan, yüksek CO/CO₂ oranları, için için yanan yangınların verimsiz olduğunu doğruladı. Bu bulgular, birden fazla platformdan alınan entegre AAE ve eser gaz ölçümlerinin duman bileşimini etkili bir şekilde karakterize ettiğini ve gelişmiş atmosferik modelleme ve halk sağlığı değerlendirmesi için siyah karbon ve kahverengi karbon ağırlıklı dumanlar arasında değerli bir ayrım sağladığını göstermektedir.