科学家乘坐喷气式飞机穿越野火区域收集数据，以更好地了解烟雾通过臭氧生成对空气质量造成的影响。
FIREX-AQ 项目收集了有关野火烟羽中不断演变的化学过程的详细信息。
一项重要发现表明，野火烟雾与城市污染混合时，臭氧生成会加剧，使附近居民面临更差的空气质量。
科学家利用一架配备专门设备、在一个月内穿越野火烟羽并对其进行研究的喷气式飞机所收集的数据，如今更深入地了解了野火烟雾对空气质量的影响。
关键的是，他们发现了一种预测污染物臭氧生成的机制——臭氧在地面附近会导致呼吸条件恶化，还会损害生态系统。研究团队还发现，野火烟雾与城市污染混合会大幅增加臭氧生成，这意味着城市上风向发生野火会引发空气质量问题。
“当然，野火会降低空气质量，这一点众所周知。但我们必须了解其背后的化学和物理机制，才能更有效地预测单场火灾会如何影响下风向社区，”保罗·O·温伯格，R. Stanton Avery 大气化学与环境科学和工程学教授。
温伯格是这项研究论文的通讯作者。该论文由《科学进展》于12月8日发表。
这篇论文依据通过NASA/NOAA FIREX-AQ项目收集的数据。2019年夏季，该项目从爱达荷州博伊西出发，开展了为期一个月的飞行任务。（该项目后来还研究了美国中西部的农业火灾。）科学家乘坐一架改装成空中实验室的 DC-8 飞机穿越烟羽，并收集机载仪器提供的信息。机载设备包括加州理工学院的两台仪器，由化学专业研究生克里斯塔尔·巴斯克斯和汉娜·艾伦、科研人员约翰·克劳恩斯，以及论文第一作者卢·徐操作。卢·徐在温伯格实验室担任科研人员期间完成了这项工作，目前是环境科学合作研究所（CIRES）的研究科学家，在科罗拉多大学博尔德分校工作，并隶属 NOAA 化学科学实验室。
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“烟雾很难研究，”徐说。“化学过程和混合过程发生的尺度远小于遥感通常能够达到的分辨率。此外，由于能见度低以及空中交通管制方面的挑战，即便从飞机上进行采样，在实际操作中也很困难。FIREX-AQ 配备了仪器完善的飞机，并与当地空中交通管制部门和负责扑救火灾的现场指挥人员高度协调飞行计划，克服了大部分这些障碍。”
FIREX-AQ 项目收集了前所未有的详尽信息，揭示野火烟羽中不断演变的化学过程。其中包括解释火灾烟羽中臭氧生成化学过程的重要观测结果。这项分析的发现有助于研究人员理解火灾烟羽的化学成分为何差异很大：在火场下风向近处，臭氧生成十分活跃；但随着烟羽与周围空气混合，其生成速率会减慢。烟羽起初富含一种化学物质——亚硝酸（HONO，也写作 HNO2）。亚硝酸排放到大气中后，会在阳光作用下转化为羟基自由基（OH）和一氧化氮（NO），二者都是推动挥发性有机化合物（VOCs）生成臭氧的关键成分。（VOCs 是木材和土壤不完全燃烧的产物。）
随后，徐、温伯格及其同事仔细分析数据，证明可以根据火灾排放的 HONO 量、VOCs 量和 NO 量来预测臭氧生成。随着火灾烟羽中的 NO 和 HONO 耗尽，化学反应会减缓直至停止；但关键在于，臭氧生成的原料——VOCs——仍维持在较高水平。因此，当这些火灾烟羽进入富含一氧化氮的城市大气时，臭氧生成会再次开始，进而影响城市空气质量。一氧化氮由化石燃料燃烧产生，例如汽车和卡车的尾气。
“在火灾季，野火会增加美国西部各地的区域臭氧浓度。野火具有间歇性，因此可能对靠近火场的地区造成更严重的影响；过去几年，我们在美国西部就经常遇到这种情况，”徐说。
接下来，研究团队计划继续深入挖掘 FIREX-AQ 数据，以获得更多见解。温伯格说：“通过这个项目收集的信息中，还有许多关于火灾化学和空气质量的发现等待发掘。”
《科学进展》论文题为《美国西部野火烟羽中的臭氧化学》。》论文的其他作者来自加州理工学院、NOAA、NASA、美国航空航天研究院、科罗拉多大学博尔德分校、佛罗里达州立大学、佐治亚理工学院、大学空间研究协会、科罗拉多州立大学、美国海军研究实验室、挪威奥斯陆大学、奥地利因斯布鲁克大学、日本横滨市立大学和蒙大拿大学。这项分析以及所收集的大部分数据由 NASA 资助。
