Что такое качество воздуха?

Чистый воздух необходим для здоровой жизни, но, по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), почти 99% населения планеты дышит воздухом, концентрация которого превышает установленные нормы загрязнения. «Качество воздуха — это показатель количества веществ в воздухе, включая твердые частицы и газообразные загрязнители», — говорит Кристина Пистоне, научный сотрудник исследовательского центра NASA Ames. Исследования Пистоне охватывают как атмосферные, так и климатические аспекты, с акцентом на влияние атмосферных частиц на климат и облака. «Важно понимать качество воздуха, потому что оно влияет на ваше здоровье и на то, насколько хорошо вы можете жить и заниматься своими делами», — говорит Пистоне. Мы побеседовали с Пистоне, чтобы узнать больше о качестве воздуха и о том, как оно может заметно влиять на здоровье человека и окружающую среду.

Из чего складывается качество воздуха?
В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды (EPA) регулирует шесть основных загрязняющих веществ в воздухе: твердые частицы (PM), оксиды азота, озон, оксиды серы, окись углерода и свинец. Эти загрязняющие вещества поступают из природных источников, таких как твердые частицы, поднимающиеся в атмосферу в результате пожаров и пустынной пыли, или из деятельности человека, например, озон, образующийся в результате реакции солнечного света с выбросами транспортных средств.

В чём заключается значение качества воздуха?
Качество воздуха влияет на здоровье и качество жизни. «Так же, как нам нужно пить воду, нам нужно дышать воздухом», — сказала Пистоне. «Мы привыкли к чистой воде, потому что понимаем, что она необходима нам для жизни и здоровья, и мы должны ожидать того же от воздуха».

Плохое качество воздуха связывают с воздействием на сердечно-сосудистую и дыхательную системы человека. Например, кратковременное воздействие диоксида азота (NO2) может вызывать респираторные симптомы, такие как кашель и хрипы, а длительное воздействие увеличивает риск развития респираторных заболеваний, таких как астма или респираторные инфекции. Воздействие озона может усугубить состояние легких и повредить дыхательные пути. Воздействие PM2.5 (частиц размером 2,5 микрометра и более) вызывает раздражение легких и связано с заболеваниями сердца и легких.

Помимо воздействия на здоровье человека, плохое качество воздуха может нанести вред окружающей среде, загрязняя водоемы в результате закисления и эвтрофикации. Эти процессы приводят к гибели растений, истощению питательных веществ в почве и наносят вред животным.

Измерение качества воздуха: индекс качества воздуха (AQI)
Качество воздуха подобно погоде: оно может быстро меняться, даже в течение нескольких часов. Для измерения и отчетности о качестве воздуха Агентство по охране окружающей среды (EPA) использует Индекс качества воздуха США (AQI). AQI рассчитывается путем измерения каждого из шести основных загрязняющих веществ в воздухе по шкале от «Хорошее» до «Опасное», в результате чего получается суммарное числовое значение AQI от 0 до 500.

«Обычно, когда мы говорим о качестве воздуха, мы имеем в виду вещества в атмосфере, которые, как нам известно, вредны для дыхания человека», — сказал Пистоне. «Поэтому для хорошего качества воздуха необходимо, чтобы уровень загрязнения был ниже определенного порогового значения». В разных странах мира используются разные пороговые значения для «хорошего» качества воздуха, которые часто зависят от того, какие загрязняющие вещества измеряет их система. В системе EPA значение AQI 50 или ниже считается хорошим, а 51-100 — умеренным. Значение AQI от 100 до 150 считается вредным для чувствительных групп населения, а более высокие значения вредны для всех; предупреждение о риске для здоровья выдается, когда AQI достигает 200. Любое значение выше 300 считается опасным и часто связано с загрязнением воздуха твердыми частицами от лесных пожаров.

Исследования и данные НАСА в области качества воздуха
Датчики качества воздуха являются ценным ресурсом для сбора данных о качестве воздуха на местном уровне.
В 2022 году группа Trace Gas Group (TGGR) исследовательского центра NASA Ames развернула INSTEP (Inexpensive Network Sensor Technology for Exploring Pollution): новую сеть недорогих датчиков качества воздуха, измеряющих различные загрязняющие вещества. Эти датчики собирают данные о качестве воздуха в определенных районах Калифорнии, Колорадо и Монголии и доказали свою эффективность в мониторинге качества воздуха во время пожароопасного сезона в Калифорнии.

В рамках миссии ASIA-AQ (Airborne and Satellite Investigation of Asian Air Quality) 2024 года были объединены данные с датчиков, установленных на самолетах, спутниках и наземных платформах, для оценки качества воздуха в нескольких странах Азии. Данные, полученные с помощью многочисленных приборов во время этих полетов, таких как Метеорологическая измерительная система (MMS) из отдела атмосферных наук НАСА Эймс, используются для уточнения моделей качества воздуха с целью прогнозирования и оценки условий качества воздуха.

В масштабах всего агентства НАСА располагает целым рядом спутников наблюдения за Землей и другими технологиями для сбора и передачи данных о качестве воздуха. В 2023 году НАСА запустило миссию Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution (TEMPO), которая измеряет качество воздуха и уровень загрязнения над Северной Америкой. Инструмент НАСА Land, Atmosphere Near real-time Capability for Earth Observations (LANCE) предоставляет специалистам по прогнозированию качества воздуха данные, собранные с множества приборов НАСА, в течение трех часов после наблюдения.

Для поддержания здорового качества воздуха в окружающей среде необходимо отслеживать данные о его качестве в режиме реального времени. Ниже представлены датчики, способные измерять различные параметры качества воздуха.