绘制美国空气污染地图

空气污染物对我们的地球和个人健康产生了一些最有害的影响。世界卫生组织 （WHO） 将环境和室内空气污染归因于每年约 670 万人的过早死亡。在美国，据环境保护署估计，大约三分之一的人口生活在不符合国家环境空气质量标准（NAAQS）规定的空气质量水平的地区。要了解暴露于低质量空气中的人数，模型需要精确覆盖受各种污染物影响的区域。

废气和其他污染物的人为排放对健康和环境有重大影响，但直到最近，这些排放在美国大部分地区都没有得到很好的跟踪或绘制。事实上，我们对哪些县或地区产生的空气污染最多只有大致的了解。

绘制美国本土每小时空气污染地图

乔治梅森大学的研究人员开发了邻域排放映射操作（NEMO）。该项目在美国本土以 1 公里的空间分辨率制作了第一张每小时空气污染物地图。这有助于在更精细的时间尺度上产生和了解不健康排放水平的位置，从而更好地了解空气质量的变化。

NEMO绘制了哪些空气污染物？

NEMO制作的新地图包括对挥发性有机化合物（VOC）、一氧化二氮/二氧化氮（NOx）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、氨（NH3）和细颗粒物（PM2.5）的监测。这是首次在美国本土以相对精细的比例尺（1 KM空间分辨率）绘制所有这些污染物的地图。

创建美国本土的空气污染物地图

要为 NEMO 创建这样的数据集，需要几个步骤。首先，使用由环境保护署 （EPA） 编制的国家排放清单 （NEI2017） 生成基准排放集。这提供了相关排放量在县一级的年排放量。机动车排放模拟器 （MOVES） 2014b 也生成县级机动车和非道路排放估算值。为了区分化学品，使用了化学形态，可以对分配污染物的化学剖面进行建模和部署。可以使用来自SPECIATE数据库的EPA物种形成概况;MOVES数据库可用于机动车排放物的形态分析。

为了建立一个预测特定时间空气质量的模型，研究人员需要将较长时间（如一年或一个月）收集的数据分解为更小的时间范围。这意味着使用详细的计划，将年度数据划分为月，将月度数据划分为天，将每日数据划分为小时。这些时间表可以包括来自重要组织的信息，如美国联邦航空管理局或美国铁路协会，以更好地了解飞机和火车的污染。

对于某些类型的污染，研究人员研究了天气模式来估计污染运动。其中一个挑战是确定在更大的区域（如县）中，污染的确切来源。为了解决这个问题，研究人员使用了一种名为“使用GIS的空间代理”的工具。该工具用于根据许多因素（例如已知影响污染水平的道路、工厂和其他结构的数量）来估计县内每个小区域造成的污染程度。

与PostgreSQL合并的空间分配器（SA）工具用于生成空间数据。SA由北卡罗来纳大学社区建模和分析系统开发。总共在美国本土部署了 108 个空间替代物。最后，应用稀疏矩阵算子核发射（SMOKE）模型，根据开发的输入数据生成了整体图。

通过整体模型和地图，可以估算 1 公里的分辨率和每小时的排放量。使用NEI和NEMO生成的数据进行模型验证。在比较的地区，排放量变化通常不超过0.02%，显示出高度准确的模型。

如何查找NEMO空气污染物测绘数据

NEMO空气污染数据可以以NetCDF格式访问，每小时更新一次，以及每月和每年的摘要。数据仅以 shapefile 格式提供，仅作为年度排放摘要。数据可通过NEMO的排放数据门户获得。

TEMPO：美国宇航局的高分辨率空气质量卫星仪器

2023 年 4 月 7 日，美国宇航局推出了 TEMPO，即对流层排放：污染监测。这种基于卫星的光谱仪以四平方英里（约10平方公里）的分辨率测量整个北美的空气污染。TEMPO在白天每小时对北美的低层大气进行扫描，从大西洋延伸到太平洋沿岸，从墨西哥城周围一直延伸到加拿大中部。TEMPO将对臭氧、二氧化氮、甲醛、气溶胶、水蒸气和几种痕量气体进行测量。

使用 TEMPO 数据显示 2023 年 8 月 2 日中午 12：14 和下午 4：24 南加州上空的二氧化氮水平的地图。地图：凯尔·埃尔金斯、特伦特·辛德勒和辛迪·斯塔尔/美国宇航局的科学可视化工作室。

更详细的美国污染地图的好处

越来越明显的是，需要更精细比例的污染地图，不仅要确定污染最严重的污染者在哪里，还要研究特定地区的时间变化。例如，项目正在研究建筑物层面的二氧化碳排放，因为这允许更具体的干预并了解最大的排放者在哪里。通过制定精细的方法，通过将精力集中在单个区域甚至建筑物上，可能更容易实现碳中和等污染目标。

在许多城市甚至一些农村地区，控制空气污染一直是一个难题。然而，通过创建更精细的地图，甚至每小时跟踪一次此类污染，政策制定者和科学家可能能够更好地集中精力并制定可以节省资源并更有针对性的缓解措施。

目前的模型和地图可能需要扩展到其他形式的空气污染，以涵盖其他健康危害，但通过涵盖一些最突出的排放，我们现在有更好的方法来确定我们对健康和环境空气质量的一些最大威胁。如果我们要降低污染水平，在未来几年将这种测绘工作扩大到其他国家也可能至关重要。