8 دقیقه
اندازهگیریهای انجامشده در سراسر کلانشهر تلآویو نشاندهندهٔ ارتباط واضحی میان الگوهای ترافیکی روزانه و تغییرات کوتاهمدت میدان الکتریکی جو در نزدیکی سطح زمین است. با همترازی دادههای میدان الکتریکی و قرائتهای محلی کیفیت هوا، پژوهشگران آشکار کردند که انتشار آلودگی در ساعات اوج ترافیک چگونه بهطور گذرا خصوصیات الکتریکی جو شهری را بازتعریف میکند و اثراتی قابل تکرار بر پتانسیل الکتریکی سطحی بر جای میگذارد.
چگونه ترافیک شهری میدان الکتریکی جو را تغییر میدهد
الکتریسیتهٔ جوی یک مدار پیوسته و گستردهٔ سیارهای است که عمدتاً توسط فعالیتهای رعدوبرق و جداسازی طبیعی بار بین سطح زمین و لایههای بالاتر جو تغذیه میشود. در نزدیکی سطح، این مدار بهصورت شیب پتانسیل (Potential Gradient یا PG) اندازهگیری میشود؛ معیاری عملی برای برآورد میدان الکتریکی جوی. در شرایط آرام و هوای پایدار، مقدار PG نسبتا پایدار باقی میماند، اما به عوامل محلی مانند رطوبت، تغییرات هواشناسی و آلودگی هوا حساس است و میتواند تحت تأثیر منابع آلایندهٔ شهری قرار گیرد.
گروهی از پژوهشگران دانشگاه عبری اورشلیم دستگاهی از نوع electric field mill را در شهر هولون، از نواحی پیرامونی کلانشهر تلآویو، نصب کردند و در بازهٔ زمانی هفت ماههٔ سال 2024 دادههای همزمان کیفیت هوا و پارامترهای هواشناسی را گردآوری نمودند. برای کاهش اثرات مخدوشکننده، تحلیلها محدود به روزهای دارای هوای صاف و مناسب شد تا طوفانها یا بارندگیهایی که میتوانند سیگنالهای الکتریکی را غالب کنند، حذف شوند.
مطالعه آلایندههای رایج شهری را دنبال کرد: اکسیدهای نیتروژن (NOx) ناشی از احتراق، ذرات معلق ریز (PM2.5) از اگزوز و سایش لاستیک، و ترکیبات شیمیایی ثانویهای که این انتشارها در جو ایجاد میکنند. الگوی قابلاعتمادی پدیدار شد: اوجهای NOx و تراکم ترافیک در ساعات رفتوآمد صبح و عصر تغییر تقریباً فوری در PG ایجاد میکردند، در حالی که تأثیر PM2.5 مشابه اما با تأخیر زمانی قابلتوجهی ظاهر میشد. این ارتباط روشن نشان میدهد که منابع ناشی از خودروها میتوانند به سرعت بر خواص الکتریکی لایهٔ مرزی نزدیک سطح اثر بگذارند.
پژوهشگران شدت میدان الکتریکی را با ساعات اوج ترافیک پیوند دادند
طراحی مطالعه و یافتههای کلیدی
با همترازی سریهای زمانی با وضوح بالا از دادههای کیفیت هوا و اندازهگیریهای همزمان PG، تیم تحقیقاتی دو پاسخ مرتبط اما متمایز را مشاهده کرد. نخست، اکسیدهای نیتروژن — گازهای شیمیایی واکنشپذیر که مستقیماً از وسایل نقلیه ساطع میشوند — با گرفتن یونهای جوی، رسانایی الکتریکی جو را تقریباً فوری کاهش میدهند. وقتی رسانایی سقوط میکند، PG برای حفظ مدار جهانی جوی با افزایش جبران میشود و بهصورت یک پیک قابل اندازهگیری در اوج ترافیک مشاهده میگردد. روی یانیوِو (Roy Yaniv)، یکی از زمینشناسان پروژه، این نتیجه را خلاصه کرد: «آنچه ما مشاهده میکنیم، یک پیوند فیزیکی مستقیم بین اوج انتشارها و نوسانهای الکتریکی است.»
دوم، ذرات PM2.5 با تغییراتی در PG همراه بودند که حدود دو و نیم ساعت تأخیر نشان میداد. این تأخیر احتمالاً بازتاب تفاوتهایی در اندازه ذرات، پیرشدگی شیمیایی در جو و زمان ماندگاری ذرات در معلق بودن است. ذرات کوچکتر و آئروسلهای تازهساطعشده از اگزوز رفتاری متفاوت از ذرات پیر دارند و این اختلافات در تعاملات الکتریکی آنها نمود پیدا میکند؛ برای مثال، ذرات تازه میتوانند بهسرعت یونها را جذب کنند یا سطحهای موثرتری برای انتقال بار فراهم آورند.
دادهها همچنین نشاندهندهٔ یک «اثر آخر هفته» محسوس بودند: حجم ترافیک کمتر با ناهنجاریهای ضعیفتر PG همخوانی داشت که رابطهٔ علی میان انتشارهای انسانساخت و رفتار الکتریکی محلی را تقویت میکند. پژوهشگران تأکید کردند که این نوسانات ظریف و از نظر مخاطرهآمیز کماهمیتاند — بسیار کوچکتر از آناند که سامانههای بزرگ جوی یا دستگاههای الکترونیکی را مختل کنند — اما از دیدگاه علمی معنادار و قابل اندازهگیریاند و نشاندهندهٔ اثرات دقیق فعالیت انسانی بر خواص فیزیکی لایهٔ مرزی جو هستند.
چرا یونها اهمیت دارند و پیامدها برای پایش کیفیت هوا
هستهٔ پاسخ الکتریکی را یونها تشکیل میدهند: مولکولها و ذرات کوچک باردار که جریان الکتریکی را در هوا حمل میکنند. آلایندههای شهری نقش «چاه» یونها را ایفا میکنند؛ زمانی که انتشارها با این یونها ترکیب میشوند، رسانایی اتمسفری کاهش مییابد و میدان الکتریکی نزدیک سطح برای حفظ مدار جهانی تقویت میشود. این مکانیسم توضیح میدهد که چرا تراکم ترافیک، حتی در روزهای عادی و بدون آشفتگی هوا، اثر الکتریکی تکرارشوندهای برجای میگذارد که میتوان آن را بهعنوان یک «اثر انگشت الکتریکی» در نظر گرفت.
یک نتیجهٔ عملی این است که سنجشهای ارزانقیمت میدان الکتریکی میتوانند مکمل شبکههای سنتی کیفیت هوا باشند. از آنجا که PG نسبت به NOx بسیار سریع واکنش نشان میدهد و نسبت به PM2.5 در بازههای زمانی کمی متفاوت، ترکیب اندازهگیریهای الکتریکی با حسگرهای گازی و ذرهای تصویری کاملتر و پویا از آلودگی شهری ارائه میکند. این رویکرد میتواند به سنجش اپیزودهای انتشار موقتی کمک کند، برای ارزیابی اثرات کوتاهمدت بر سلامت عمومی مفید باشد و جریانهای دادهٔ جدیدی را برای تشخیص زمانبندی و شدت رویدادهای آلودگی فراهم آورد.
علاوه بر این، ویژگیهای زمانی متفاوت پاسخ PG به اجزای مختلف آلاینده، این امکان را فراهم میکند که با تحلیل همبستگیهای زمانی و مدلسازی رگرسیونی، منابع و فرآیندهای فیزیکوشیمیایی پشت هر سیگنال را بهتر تفکیک کرد. برای نمونه، پاسخ فوری به NOx میتواند نشاندهندهٔ تأثیر مستقیم اگزوز خودروها در مجاورت ایستگاه اندازهگیری باشد، در حالی که پاسخ با تأخیر PM2.5 میتواند بازتاب ترکیب ثانویهٔ شیمیایی، انتقال هوایی و فرآیندهای تجمع ذرات باشد.
پیامدها و افقهای آینده
یافتههای تلآویو به مجموعه دادههای رو به رشدی میپیوندد که نشان میدهد فعالیت انسانی نه تنها خواص شیمیایی بلکه خواص الکتریکی لایههای پایینتر جو را نیز تغییر میدهد. برای مناطق ساحلی پرجمعیت — جایی که الگوهای هواشناسی مدیترانهای و انتشارهای شهری با هم تعامل دارند — ادغام شاخصهای الکتریسیته جوی در مطالعات کیفیت هوا میتواند سیگنالهای جدیدی را آشکار سازد که برای اپیدمیولوژی محیطی، برنامهریزی شهری و پایش زیستمحیطی مفید باشند.
در قدمهای بعدی، پژوهشگران پیشنهاد میکنند استقرارهای بلندمدت در اقلیمها و بافتهای شهری متنوع گسترش یابد و عملکرد اندازهگیریهای الکتریکی در زمان رویدادهای آلودگی شدید مانند موجهای گرما، خاموشیهای بزرگ یا اختلالات گستردهٔ ترافیکی آزمایش شود. همراهی این دادهها با اطلاعات هواشناسی با وضوح بالا و تفکیک شیمیایی ذرات میتواند پایش PG را به یک ابزار کمهزینه و پاسخسریع تبدیل کند که بهصورت مکمل حسگرهای مرسوم، نوسانات ناگهانی آلودگی را هشدار میدهد.
از منظر فناوری و اجرایی، ترکیب ایستگاههای ارزانقیمت میدان الکتریکی با شبکههای اینترنت اشیاء (IoT)، تحلیلهای بلادرنگ و الگوریتمهای یادگیری ماشین میتواند الگوی جدیدی از پایش کیفیت هوا فراهم آورد که هم از نظر هزینه و هم از لحاظ پوشش جغرافیایی برتری دارد. این سامانهها میتوانند برای شناسایی الگوهای محلی آلودگی، ارزیابی کارآمدی سیاستهای کاهش آلودگی ترافیکی و اطلاعرسانی سریع به عمومی در شرایط اپیزودی کاربردی باشند.
دیدگاه کارشناسی
«این مطالعه یک نمایش دقیق است از نحوهٔ درهمتنیدگی فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی در جو شهری»، میگوید دکتر میرا کوهن، فیزیکدان اتمسفری که در این تحقیق مشارکت نداشت. «اندازهگیریهای میدان الکتریکی جایگزین حسگرهای گاز یا ذرات نمیشوند، اما میتوانند بازخورد فوری و پیوستهای دربارهٔ تغییرات رسانایی جو مرتبط با انتشارها ارائه دهند. این برای هر دو زمینهٔ پژوهشی و شبکههای عملیاتی کیفیت هوا ارزشمند است.»
این پژوهش که در مجلهٔ Atmospheric Research به چاپ رسیده، به پیوند میان مطالعات الکتریسیتهٔ جوی و علوم کیفیت هوای شهری کمک میکند و بر ارزش پایش بینرشتهای در مناطق پرجمعیت تأکید دارد؛ مناطقی که انتشارهای انسانی بهوضوح رفتار محلی جو را شکل میدهد. ادامهٔ فعالیتهای تحقیقاتی در این حوزه میتواند ابزارها و شاخصهای جدیدی پدید آورد که مدیران شهری، پژوهشگران سلامت محیطی و شبکههای پایش کیفیت هوا را در تصمیمگیریهای اطلاعاتمحور یاری کند.
منبع: sciencealert
نظرات
رضا
کاربردیه ولی یه کم اغراق شده بنظر میاد، باید آزمایشهای متنوعتری رو ببینیم قبلِ نتیجهگیری قطعی
لابکور
من خودم روی سنجش کیفیت هوا کار کردم، دیدن «اثر انگشت الکتریکی» تو دادهها آشناست، فقط نیاز به ایستگاههای بیشتر و تست طولانیتر هست
توربوام
این اعداد چقدر قابل تعمیم به شهرهای دیگهان؟ یعنی تو مه یا بارون چی میشه، نتایج هنوز مشکوک به نظر میاد
دیتاپالس
وای، جالبه! فکر نمیکردم ترافیک بتونه حتی میدان الکتریکی رو اینقدر سریع تغییر بده، شگفتانگیز...
ارسال نظر