تحسين محاكاة جودة الهواء في وادي سان جواكين في كاليفورنيا باستخدام الاستشعار عن بُعد لسطح الأرض

الملخص تُعد نمذجة جودة الهواء الإقليمية الدقيقة ضرورية لتطوير خطط فعالة للتخفيف من تلوث الهواء. يصعُب محاكاة الظروف الجوية بدقة، وخاصة خصائص الطبقة الحدودية الكوكبية (PBL)، بسبب تعقيد ظروف سطح الأرض. في هذه الدراسة، استخدمنا نظام النمذجة NASA‐Unified (NU) للبحث والتنبؤ الجوي (WRF)/مكونات الجودة متعددة المقاييس للمجتمع (CMAQ) لتقييم فوائد الاستشعار عن بُعد لسطح الأرض في محاكاة خصائص الطبقة الحدودية الكوكبية وجودة الهواء في وادي سان جواكين في كاليفورنيا (SJV)، وهي منطقة غير ملتزمة بمعايير كل من PM 2.5 و O 3 في عام 2018. أظهرت جولات نموذج NASA‐Unified Weather Research and Forecasting Model (NU‐WRF) التي استوعبت بيانات الاستشعار عن بُعد لاستخدام الأرض، ومؤشر مساحة الأوراق (LAI)، ونسبة الغطاء النباتي الأخضر، ورطوبة التربة توقعات بارتفاعات أقل للطبقة الحدودية الكوكبية، وانخفاض سرعات الرياح ودرجات الحرارة قرب السطح، وزيادة الرطوبة النسبية مقارنة بمحاكاة بدون هذه البيانات. محاكاة جودة الهواء بدون بيانات الاستشعار عن بُعد لسطح الأرض قللت من تقدير كل من PM 2.5 و O 3 في SJV. أظهرت المحاكاة التي شملت بيانات الاستشعار عن بُعد تركيزات أعلى من PM 2.5 خلال الربيع والصيف والخريف، مما قلل من تحيز تراكيز PM 2.5 اليومية بنسبة 10%-72% من مارس إلى أغسطس. يُعزى هذا التحسن أساسًا إلى ضعف الحمل والانتشار الناتجين عن انخفاض ارتفاع الطبقة الحدودية الكوكبية وبطء سرعة الرياح، بالإضافة إلى تعزيز تكوين الهباء الجوي غير العضوي الثانوي الناتج عن ارتفاع الرطوبة وانخفاض درجة الحرارة في المحاكاة الأكثر استنادًا إلى البيانات. كانت تراكيز O 3 السنوية والموسمية مماثلة في المحاكاة التي شملت بيانات الاستشعار عن بُعد وبدونها، ربما بسبب التأثيرات المتعارضة للحمل والانتشار الأضعف وتقليل تكوين O 3 الفوتوكيميائي. تُبرز هذه النتائج إمكانية تحسين محاكاة جودة الهواء من خلال محاكاة سطح الأرض التي تعتمد بشكل أكبر على البيانات.