“ریک پلتیر” از محققان دانشگاه ماساچوست آمریکا در شهر کاتماندو نپال روش‌های مانیتورینگ پیشرفته‌ای را مورد استفاده قرار می‌دهد تا بتواند میزان خطرات آلودگی هوا برای سلامت انسان و سلامت محیط زیست را مشخص کند. او به همراه گروهی از دانشمندان امیدوار است با استفاده از حسگرهای پیشرفته و فناوری‌های مانیتورینگ قوی، آلودگی هوا را بر حسب مواد سمی و مضر موجود در آن بررسی کند و روش بررسی ذرات آلاینده موجود در هوا را کنار بگذارد.
پیشرفته‌های فناورانه کنونی برای اندازه‌گیری آلودگی هوا این امکان را فراهم کرده است تا وضعیت هوای شهری را در تمام سال به دقت مورد بررسی قرار داد و از روش‌های ساده‌تر نسبت به گذشته نشان داد که مواد سمی و مضر موجود در هوا تا چه اندازه می‌توانند باعث بروز بیماری‌های مختلف شوند. محققان برای بررسی میزان آلودگی هوا هم‌اکنون از سیستم سنجش فلورسنت مبتنی بر اشعه X استفاده می‌کنند تا میزان فلزات موجود در هوا را مشخص کنند و به کمک روش‌های کورموتوگرافی یونی نشان دهند که هوا در بخش‌های مختلف شهر تا چه اندازه شامل کربن و مواد شیمیایی می‌شود.
“آژانس حفاظت از محیط زیست” هر سه روز یکبار کیفیت هوا را در 350 ایستگاه مستقر در آمریکا مورد بررسی قرار می‌دهد که باید گفت چنین سایت‌های پیشرفته‌ای در دیگر کشورهای جهان موجود نیست و به همین خاطر باید به دنبال روش‌های کاربردی دیگری بود تا بتوان کیفیت هوا در دیگر نقاط جهان را هم زیر نظر گرفت. با توجه به فناوری‌های پیشرفته‌ای که این روزها در ایستگاه‌های هواشناسی آمریکا مورد استفاده قرار می‌گیرد، کیفیت هوا در این کشور بسیار بهتر شده است. نتایج حاصل از بررسی جدید “آژانس حفاظت از محیط زیست” نشان می‌دهد که هوای لس‌آنجلس آمریکا در شرایط وخیم در هر متر مکعب شامل 40 تا 50 میکروگرم ذرات مخرب می‌شود و این در حالی است که در شهر کاتماندو در شرایط بحرانی در هر متر مکعب هوا بین 800 تا 900 ذره موجود است. بنابراین می‌توان گفت میزان آلودگی هوای این شهر نسبت به لس‌آنجلس 20 برابر بیشتر است و تنها دلیل این تفاوت عدم استفاده از فناوری‌های پیشرفته محسوب می‌شود.
زیست‌شناسان بر اساس مطالعات اخیر خود به این نتیجه رسیده‌اند که میزان قرار گرفتن در معرض آلاینده‌های تنفسی با وضعیت سلامت رابطه مستقیم دارد و آلودگی هوا می‌تواند احتمال ابتلا به بیماری‌های قلبی و آسم را افزایش دهد. در حالی که تعداد ایستگاه‌های بررسی هوا در کشور آمریکا 350 عدد گزارش شده است، در شهر پرجمعیتی چون تورنتو تنها از 4 ایستگاه سنجش هوا استفاده می‌شود و با توجه به اینکه تمام ایستگاه‌های یاد شده به نسل جدید حسگرهای هوشمند مجهز شده‌اند، هوای این شهر به طور مرتب کنترل و بازبینی می‌شود.
حسگرهای ارزان و کاربردی
“ناتالیا مایکایلوا” از مهندسان شیمی در مرکز UMass Amherst موفق به ساخت حسگر ارزان‌قیمتی شده است که می‌تواند میزان کیفیت هوا را مشخص کند. این حسگر که در اصل یک سیستم مانیتورینگ محسوب می‌شود و به اندازه یک جعبه کفش ساخته شده است، به سادگی می‌تواند در شهرها مورد استفاده قرار گیرد. این جعبه کوچک چندین حسگر و سیستم کنترلی پیشرفته را در خود جا داده است به درستی نشان می‌دهد که در هر متر مکعب هوا چه میزان ذرات مفید و چه میزان ذرات آلاینده موجود است. لازم به ذکر است که حسگر پیشرفته برای کنترل آلودگی هوا به پنل‌های خورشیدی و باتری‌های لیتیومی مجهز شده است تا انرژی مورد نیاز خود را از این دو روش تامین کند.
هر یک دستگاه حسگر پیشرفته با قابلیت‌های فراوان برای کنترل آلودگی هوا با قیمت کمتر از 300 دلار تولید می‌شود و اگر قرار باشد که این فناوری در فضاهای داخلی مورد استفاده قرار گیرد، به راحتی می‌توان با کابل‌های معمولی آن را به مانیتورها متصل کرد و اطلاعات به دست آمده را به صورت تصویری در اختیار گرفت.
مایکایلوا که با “مرکز تحقیقات جوی اونتاریو غربی” و “مرکز علوم و مهندسی کاربردی آمریکا” فعالیت می‌کند، در تلاش است به کمک گروه تحقیقاتی خود مدل بی‌سیم این فناوری جدید را تولید کند تا از این طریق بتوان اطلاعات مربوط به میزان آلودگی هوا را از مناطق مختلف و دورافتاده نیز به صورت لحظه به‌لحظه دریافت کرد. چنین شبکه‌ای از دستگاه‌های سنجش آلودگی هوا به یک سایت اینترنتی مرکزی نیز متصل می‌شوند تا تحلیل‌های آماری در مورد وضعیت هوای هر بخش انجام شود و مقامات مسؤول بتوانند اقدامات بهتری را برای کنترل آن انجام دهند.
مدل‌های هوشمند
از آنجایی که بین آلودگی هوا و احتمال ابتلا به انواع بیماری‌ها رابطه مستقیم وجود دارد، بهبود کیفیت هوا برای همه انسان‌های روی زمین ضروری به‌نظر می‌رسد. از مضرترین ذراتی که در هوای آلوده یافت می‌شود می‌توان به اکسید نیتروژن(NOx) و اوزون اشاره کرد که علاوه بر بیماری‌های ریوی، احتمال ابتلا به اختلالات بینایی را نیز افزایش می‌دهد. ذرات بسیار ریزی که در هوا وجود دارند می‌توانند خطر جدی برای سلامت انسان و سیستم کشاورزی محسوب شوند. اندازه این ذرات به‌طور میانگین PM 2.5 است و به عبارت دیگر هر یک از این ذرات 2.5 میلیونیوم متر در مقیاس دیامتر هستند. براین اساس باید توجه داشت ذرات میکروسکوپی فراوانی در هوای پیرامون ما وجود دارند که به صورت شبانه‌روزی وارد ریه‌ها می‌شوند و ما را معرض ابتلا به انواع بیماری‌ها قرار می‌دهند.
اما مدل‌های جدید ارایه شده مبتنی بر سیستم‌های پیشرفته قابلیت پیش‌بینی میزان آلودگی هوا را دارند و می‌توانند به میزان زیاد آلودگی هوا را کنترل کنند. این مدل‌های هوشمند مبتنی بر طرح جامع اتحادیه اروپا با نام MACC-II ارایه شده‌اند. این طرح که در سال 2014 میلادی به بهره‌برداری می‌رسد، به گونه‌ای است که با یک بررسی کاملا دقیق در دوره زمانی سه تا چهار روز در هر منطقه به طور دقیق نوع آلودگی هوا را مشخص می‌کند و راه‌های جلوگیری از آن را در سراسر اروپا ارایه می‌دهد. در مناطق مختلف نیز مدیران سیستم حفاظ از محیط زیست می‌توانند اطلاعات به دست آمده از این مدل‌ها را در مقیاس‌های کوچک‌تر دریافت کنند و آن را به صورت محلی و منطقه‌ای به کار بندند.
اگر پیش‌بینی‌های این مدل با استاندارد تعریف شده توسط اتحادیه اروپا مغایرت داشته باشد، مسؤولان از روش‌های مختلف اندازه‌گیری و کنترل آلودگی هوا استفاده می‌کنند تا در کوتاه‌ترین زمان آن را کنترل کنند. در این اقدام از تشویق رانندگان به کاهش سرعت خودرو، کاهش فعالیت منابع اصلی تولیدکننده آلاینده‌ها از جمله صنایع مختلف، سیستم مهندسی شهری برای کاهش گرد و غبار و آلودگی هوا و … به صورت همزمان استفاده می‌شود تا شرایط اضطرار در کوتاه‌ترین زمان از بین برود و پس از آن درمان قطعی برای این بحران مورد استفاده قرار گیرد.
مدل‌های تعیین کیفیت هوا ابزارهای دردسترس و قابل اعتمادی هستند که می‌توانند به صورت گسترده در جامعه مورد استفاده قرار گیرند. این قبیل ابزارها همچنین می‌توانند در بیمارستان‌ها برای دریافت اطلاعات سلامت محیط استفاده شوند یا در جریان پیش‌بینی وضعیت هوا اطلاعات دقیق را در اختیار مراکز مربوطه بگذارند.
الگوریتم‌های رایانه‌ای
دانشمندان “مرکز اروپایی پیش‌بینی‌های میان‌بورد جوی”(ECMWF) همکاری‌های گسترده‌ای را با مراکز مختلف هواشناسی و تحقیقاتی اروپا آغاز کرده‌اند تا بتوانند با استفاده از قوانین فیزیک و الگوریتم‌های رایانه‌های جلوی آلودگی هوا را بگیرند. این همکاری‌ها منجر به تولید بزرگترین مدل پیش‌بینی کیفیت هوا در جهان شده است که براساس آن می‌توان بهترین و دقیق‌ترین اطلاعات را در این زمینه به‌دست آورد. آنچه که این طرح را از مدل‌های مشابه متمایز می‌کند، تلفیق آن با اطلاعات محلی و بین‌المللی است.
در این طرح از مدل‌های کامپیوتری پیشرفته برای فضای جوی استفاده شده است که از جمله آن‌ها می‌توان به پیش‌بینی‌های روزانه هواشناسی، اطلاعات ماهواره‌ای، گزارش‌های محلی و … اشاره کرد. در این روش از پیش‌بینی‌های روز گذشته برای روز جاری و همچنین روز آتی استفاده می‌شود تا با قیاس آن بتوان به بهترین سیستم شبیه‌سازی دست یافت.
در این روش به صورت روزانه میلیون‌ها مدل با یکدیگر ترکیب می‌شوند که برای این کار یک الگوریتم رایانه‌ای پیچیده استفاده شده است که مبتنی بر قوانین فیزیکی و برمبنای “خدمات فضایی کوپرنیک” کار می‌کند. این سیستم میزان اوزون، دی‌اکسید نیتروژن، دی‌اکسید سولفور، مونوکسید کربن و دیگر مواد مضر را به صورت لحظه‌ای بررسی می‌کند. این اطلاعات به مراکز کنترل ترافیک ارسال می‌شوند و در نهایت آژانس‌های دولتی با یکدیگر همکاری می‌کنند تا میزان آن‌ها را به حد تعادل برسانند.
با وجود همه این روش‌های نوین برای کنترل آلودگی هوا که خود ما آن را ایجاد کرده‌ایم، سازمان جهانی بهداشت(WHO) در آخرین گزارش خود اعلام کرده است که به دلیل آلودگی هوا سالانه بیش از 3.3 میلیون نفر در جهان جان خود را از دست می‌دهند. در این فرآیند کودکان زیر 5 سال ساکن کشورهای در حال توسعه بیش از دیگر افراد در معرض خطر قرار دارند و خطر مرگ بیش از همه آن‌ها را تهدید می‌کند. این سازمان اعلام کرده است که در هر سال 2.4 میلیون نفر در جهان به صورت مستقیم به واسطه استنشاق هوای کثیف جان خود را از دست می‌دهند که البته علت فوت 1.5 میلیون نفر از آن‌ها تنفس هوای آلوده در فضاهای بسته اعلام شده است. این مرکز گزارش داده است که تنها در آمریکا سالانه 500 هزار نفر بر اثر ابتلا به بیماری‌های قلبی ناشی از تنفس هوای آلوده جان خود را از دست می‌دهند و این طور که گفته می‌شود، میزان مرگ‌ومیرهای جهان ناشی از تنفس هوای آلوده بیش از مرگ ناشی از تصادفات رانندگی است.
منبع : ايران
