کیفیت هوا چیست؟

هوای پاک برای زندگی سالم ضروری است، اما طبق گزارش سازمان بهداشت جهانی (WHO)، تقریباً 99 درصد از جمعیت جهان هوایی را تنفس می‌کنند که از حد مجاز آلودگی هوا فراتر رفته است. کریستینا پیستون، دانشمند تحقیقاتی در مرکز تحقیقات ایمز ناسا، گفت: «کیفیت هوا معیاری از میزان مواد موجود در هوا است که شامل ذرات معلق و آلاینده‌های گازی می‌شود.» تحقیقات پیستون هم حوزه‌های جوی و هم آب و هوایی را پوشش می‌دهد و بر تأثیر ذرات جوی بر آب و هوا و ابرها تمرکز دارد. پیستون گفت: «درک کیفیت هوا مهم است زیرا بر سلامت شما و اینکه چقدر می‌توانید زندگی و روز خود را خوب بگذرانید، تأثیر می‌گذارد.» ما با پیستون نشستیم تا در مورد کیفیت هوا و اینکه چگونه می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر سلامت انسان و محیط زیست داشته باشد، بیشتر بدانیم.

چه چیزی کیفیت هوا را تشکیل می‌دهد؟
شش آلاینده اصلی هوا توسط آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) در ایالات متحده تنظیم می‌شوند: ذرات معلق (PM)، اکسیدهای نیتروژن، ازن، اکسیدهای گوگرد، مونوکسید کربن و سرب. این آلاینده‌ها از منابع طبیعی، مانند ذرات معلقی که از آتش‌سوزی‌ها و گرد و غبار بیابانی به جو وارد می‌شوند، یا از فعالیت‌های انسانی، مانند ازن تولید شده از نور خورشید در واکنش به گازهای خروجی از وسایل نقلیه، ناشی می‌شوند.

اهمیت کیفیت هوا چیست؟
کیفیت هوا بر سلامت و کیفیت زندگی تأثیر می‌گذارد. پیستونه گفت: «همانطور که به نوشیدن آب نیاز داریم، به تنفس هوا نیز نیاز داریم. ما انتظار آب تمیز داریم زیرا می‌دانیم که برای زندگی و سالم بودن به آن نیاز داریم و باید همین انتظار را از هوای خود داشته باشیم.»

کیفیت پایین هوا با اثرات قلبی عروقی و تنفسی در انسان مرتبط دانسته شده است. به عنوان مثال، قرار گرفتن در معرض دی اکسید نیتروژن (NO2) در کوتاه مدت می‌تواند باعث علائم تنفسی مانند سرفه و خس خس سینه شود و قرار گرفتن در معرض طولانی مدت خطر ابتلا به بیماری‌های تنفسی مانند آسم یا عفونت‌های تنفسی را افزایش می‌دهد. قرار گرفتن در معرض ازن می‌تواند ریه‌ها را تشدید کرده و به مجاری هوایی آسیب برساند. قرار گرفتن در معرض PM2.5 (ذرات معلق ۲.۵ میکرومتر یا کوچکتر) باعث سوزش ریه می‌شود و با بیماری‌های قلبی و ریوی مرتبط است.

علاوه بر تأثیرات آن بر سلامت انسان، کیفیت پایین هوا می‌تواند به محیط زیست آسیب برساند و از طریق اسیدی شدن و اوتروفیکاسیون، آب‌ها را آلوده کند. این فرآیندها گیاهان را از بین می‌برند، مواد مغذی خاک را تخلیه می‌کنند و به حیوانات آسیب می‌رسانند.

اندازه‌گیری کیفیت هوا: شاخص کیفیت هوا (AQI)
کیفیت هوا مشابه آب و هوا است؛ می‌تواند به سرعت، حتی در عرض چند ساعت، تغییر کند. برای اندازه‌گیری و گزارش کیفیت هوا، سازمان حفاظت محیط زیست از شاخص کیفیت هوای ایالات متحده (AQI) استفاده می‌کند. AQI با اندازه‌گیری هر یک از شش آلاینده اصلی هوا در مقیاسی از "خوب" تا "خطرناک" محاسبه می‌شود تا یک مقدار عددی AQI ترکیبی از 0 تا 500 ایجاد شود.

پیستون گفت: «معمولاً وقتی در مورد کیفیت هوا صحبت می‌کنیم، منظورمان این است که چیزهایی در جو وجود دارد که می‌دانیم تنفس مداوم آنها برای انسان‌ها خوب نیست. بنابراین برای داشتن کیفیت هوای خوب، باید زیر آستانه خاصی از آلودگی باشید.» مناطق مختلف جهان از آستانه‌های مختلفی برای کیفیت هوای «خوب» استفاده می‌کنند که اغلب به آلاینده‌هایی که سیستم آنها اندازه‌گیری می‌کند بستگی دارد. در سیستم EPA، مقدار AQI 50 یا کمتر خوب در نظر گرفته می‌شود، در حالی که 51 تا 100 متوسط در نظر گرفته می‌شود. مقدار AQI بین 100 تا 150 برای گروه‌های حساس ناسالم در نظر گرفته می‌شود و مقادیر بالاتر برای همه ناسالم است. وقتی AQI به 200 می‌رسد، هشدار سلامتی صادر می‌شود. هر مقداری بیش از 300 خطرناک در نظر گرفته می‌شود و اغلب با آلودگی ذرات ناشی از آتش‌سوزی‌های جنگلی مرتبط است.

محصولات تحقیقاتی و داده‌های کیفیت هوای ناسا
حسگرهای کیفیت هوا منبع ارزشمندی برای ثبت داده‌های کیفیت هوا در سطح محلی هستند.
در سال ۲۰۲۲، گروه Trace Gas (TGGR) در مرکز تحقیقات ایمز ناسا، فناوری حسگر شبکه‌ای ارزان‌قیمت برای کاوش آلودگی یا INSTEP را مستقر کرد: شبکه‌ای جدید از حسگرهای کیفیت هوای کم‌هزینه که انواع آلاینده‌ها را اندازه‌گیری می‌کند. این حسگرها داده‌های کیفیت هوا را در مناطق خاصی در کالیفرنیا، کلرادو و مغولستان ثبت می‌کنند و برای نظارت بر کیفیت هوا در طول فصل آتش‌سوزی کالیفرنیا مفید بوده‌اند.

ماموریت بررسی هوایی و ماهواره‌ای کیفیت هوای آسیا (ASIA-AQ) در سال ۲۰۲۴، داده‌های حسگرهای هواپیما، ماهواره‌ها و سکوهای زمینی را برای ارزیابی کیفیت هوای چندین کشور در آسیا ادغام کرد. داده‌های جمع‌آوری‌شده از ابزارهای متعدد در این پروازها، مانند سیستم اندازه‌گیری هواشناسی (MMS) از شاخه علوم جوی ایمز ناسا، برای اصلاح مدل‌های کیفیت هوا به منظور پیش‌بینی و ارزیابی شرایط کیفیت هوا استفاده می‌شوند.

ناسا در سطح آژانس، طیف وسیعی از ماهواره‌های رصد زمین و سایر فناوری‌ها را برای ثبت و گزارش داده‌های کیفیت هوا در اختیار دارد. در سال ۲۰۲۳، ناسا ماموریت «انتشار گازهای تروپوسفری: نظارت بر آلودگی» (TEMPO) را راه‌اندازی کرد که کیفیت هوا و آلودگی را بر فراز آمریکای شمالی اندازه‌گیری می‌کند. ابزار «قابلیت مشاهده زمین در نزدیکی جو به صورت بلادرنگ» (LANCE) ناسا، اندازه‌گیری‌هایی را که از ابزارهای متعدد ناسا، ظرف سه ساعت پس از مشاهده، جمع‌آوری شده‌اند، در اختیار پیش‌بینی‌کنندگان کیفیت هوا قرار می‌دهد.

برای داشتن محیطی با کیفیت هوای سالم، می‌توانیم داده‌های کیفیت هوا را به صورت بلادرنگ رصد کنیم. در ادامه حسگرهایی معرفی می‌شوند که می‌توانند پارامترهای مختلف کیفیت هوا را اندازه‌گیری کنند.