نموذج جديد للكشف عن تلوث الهواء يَعِدُ بصورة أكثر دقة – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

New air pollution detection model promises more accurate picture
 (University of East Anglia – مقدمة من جامعة إيست أنجليا)

ملخص المقالة:

يتم حساب مؤشر جودة الهواء اليومي استنادا إلى تركيزات الملوثات المقاسة فقط، والتي قد لا تعكس تلوث الهواء الفعلي. وقد حلل باحثون من جامعة إيست أنجليا القياسات المأخوذة في محطات قياس تلوث الهواء في جميع أنحاء المملكة المتحدة، وصمموا نماذج إحصائية لحساب تركيزات الملوثات المفقودة تنتج صورة أكثر اكتمالا لجودة الهواء.

( المقالة )

يمكن الآن اكتشاف ملوثات الهواء التي هربت سابقا من الرصد من خلال طريقة جديدة تم تطويرها في جامعة إيست أنجليا (UEA) [جامعة أبحاث عامة في مدينة نوريتش بانجلترا وتضم أربع كليات و 26 مدرسة دراسية]، مما يَعِد بصورة أكثر اكتمالا للناس وتطوير السياسات.

وفي الوقت الحالي، تستند تقييمات جودة الهواء إلى مستويات عالية من عدم اليقين، مما قد يؤدي إلى قرارات سياسات معيبة ونتائج صحية سيئة. ويتم حساب مؤشر جودة الهواء اليومي (DAQI)، الذي يستخدم لإعلام الناس بكمية تلوث الهواء الموجودة كل يوم، استنادا إلى تركيزات الملوثات المقاسة فقط، والتي قد لا تعكس تلوث الهواء الفعلي.

وقد قام باحثون من كلية علوم الحوسبة وكلية العلوم البيئية بجامعة إيست أنجليا بتحليل القياسات المأخوذة في محطات قياس تلوث الهواء في جميع أنحاء المملكة المتحدة، لتصميم نماذج إحصائية لحساب تركيزات الملوثات المفقودة.

وقالت كبيرة الباحثين، الدكتورة وداد الأحمدي، إن مؤشر جودة الهواء اليومي الحالي “قد يفوِّت بعض الحلقات المهمة حيث لا يتم قياس بعض الملوثات في جميع المحطات”.

وتابعت: “إذا لم تسجل المحطات في منطقة جغرافية جميع الملوثات، فقد تفوتها وجود كميات كبيرة من ملوث معين، وبالتالي قد لا تكون التحذيرات الصحية دقيقة”.

وأضافت: “يتيح نموذجنا المقترح صورة أكثر اكتمالا لجودة الهواء، وقد مكننا من اكتشاف بعض حلقات تلوث الهواء التي تم تسجيلها في بعض المحطات ولكن تم تفويتها في محطات أخرى بسبب عدم جمع البيانات في تلك المحطات”.

وأوضحت: “يمكننا تقدير قيم البيانات حيث لم يتم قياسها، ولذلك نتمكن من التقاط أحداث التلوث هذه. وقد يعطينا أيضا بعض الفهم للمكان الذي يتطلب المزيد من القياسات”.

ويقدم مؤشر جودة الهواء اليومي الإجراءات الموصى بها والمشورة الصحية فيما يتعلق بتلوث الهواء. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدامه من قبل الأفراد المعرضين للخطر لتحديد ما إذا كان ينبغي عليهم القيام بأنشطة شاقة في الهواء الطلق.

وهناك 285 موقعا لمراقبة جودة الهواء في جميع أنحاء المملكة المتحدة، وهي جزء من عدة أنواع من الشبكات ذات الأهداف والتغطية المختلفة.

وقد جمعت دراسة جامعة إيست أنجليا بيانات من محطات الرصد المسماة الشبكة الحضرية والريفية الأوتوماتيكية بين عامي 2015 و 2018. والأدوات المستخدمة في هذه الشبكة مؤتمتة، وتنتج تركيزات ملوثة بالساعة. ويتم جمع هذه البيانات وتخزينها وإتاحتها مباشرة عبر الإنترنت. ويتم تصنيف 169 محطة في هذه الشبكة إلى خلفية ريفية أو حضرية أو ضواحي أو جانب طريق أو صناعية.

وفي المملكة المتحدة، تُستَخدم الملوثات الأربعة الرئيسية لتقييم جودة الهواء وهي الأوزون (O3) وثاني أكسيد النيتروجين (NO2) والجسيمات التي يقل قطرها عن 2.5 ميكرومتر (PM2.5) أو أقل من 10 ميكرومتر (PM10) وثاني أكسيد الكبريت (SO2).

وتركز الدراسة على الملوثات الرئيسية الأربعة الأولى وتتجاهل ثاني أكسيد الكبريت. ذلك لأن المملكة المتحدة استوفت سقف الانبعاثات الحالي لثاني أكسيد الكبريت بين عامي 2010 و 2019 بسبب إغلاق محطات الفحم والقيود المفروضة على محتوى الكبريت في الوقود.

ويتم قياس هذه الملوثات في محطات المراقبة وتصبح تركيزات كل ملوث سلسلة زمنية تتطلب المزيد من التحول والتحليل لإنتاج تقييمات جودة الهواء.

ويتم تحديد جودة الهواء باستخدام مؤشر جودة الهواء اليومي، والذي يتم حسابه باستخدام تركيزات ثاني أكسيد النيتروجين والأوزون والجسيمات التي يقل قطرها عن 2.5 ميكرومتر أو أقل من 10 ميكرومتر. ويتم ترقيم هذا المؤشر من 1-10 وينقسم إلى أربعة نطاقات: “منخفض” (1-3)؛ “معتدل” (4-6)؛ “مرتفع” (7-9)؛ و “مرتفع جدا” (10). ويتم تعيين قيمة مؤشر في البداية لكل ملوث اعتمادا على تركيزه الذي تم قياسه.

ولكن الدكتورة الأحمدي قالت: “لا تبلِّغ جميع المحطات عن جميع الملوثات، وحتى لو فعلت المحطة ذلك، فقد لا تقيس ملوثا معينا طوال الوقت بسبب تعطل الأجهزة. ويؤدي هذا في نفس الوقت إلى مستويات عالية من البيانات المفقودة.

ما يجعل تحليل بيانات تلوث الهواء أكثر تعقيدا هو أن الملوثات لها سلوكيات مختلفة واختلاف موسمي. إضافة إلى ذلك، يمكن أن ينبعث التلوث من مصادر مختلفة ويشارك في تفاعلات كيميائية مختلفة، وبالتالي تُظهِر تركيزاتها توزيعات زمنية ومكانية مختلفة”.

وأضافت: “نهدف إلى توفير مؤشر جودة الهواء اليومي أكثر واقعية. نظرا لأن مؤشر جودة الهواء اليومي يتم حسابه من البيانات المرصودة فقط، فقد يعطي تمثيلا خاطئا لجودة الهواء – على سبيل المثال، إذا كانت هناك تركيزات عالية من ملوثات الهواء التي لم يتم قياسها، فقد تكون جودة الهواء أسوأ مما أشار إليه مؤشر جودة الهواء اليومي”.

وتابعت: “تثبت الأدوات التي استخدمناها في هذه الدراسة، من مجال علوم البيانات، أن علم البيانات يتطور لتقديم إجابات مثيرة للاهتمام للغاية للمشاكل متعددة التخصصات”.

وقد تم نشر الدراسة المعنونة “نهج تجميع السلاسل الزمنية متعدد المتغيرات القائم على الانصهار المتوسط: دراسة حالة في حساب بيانات تلوث الهواء”، في مجلة ‘الحوسبة العصبية’ (Neurocomputing).

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://phys.org/news/2021-12-air-pollution-detectionmodelpromises-accuratepicture.html

لمزيد من المعلومات: وداد الأحمدي وآخرون، A Multi-variate Time Series clustering approach based on Intermediate Fusion: A case study in air pollution data imputation, Neurocomputing (2021). DOI: 10.1016/j.neucom.2021.09.079