Pour plusieurs années, les gestionnaires de la qualité de l'air ont identifié des niveaux élevés d'ozone dans le Sheboygan, Wisconsin, Région. Cela reste un mystère atmosphérique car des niveaux élevés d'ozone sont généralement associés aux grandes villes. C'est également une question très préoccupante pour les responsables de la santé publique, car l'ozone est un irritant respiratoire connu qui constitue une menace pour la santé des populations vulnérables, surtout les jeunes et les personnes âgées, et ceux qui ont des problèmes respiratoires comme l'asthme.

Dans un effort pour percer le mystère et comprendre comment la pollution se déplace le long de la rive ouest du lac Michigan, Des chercheurs du Centre des sciences et de l'ingénierie spatiales de l'Université du Wisconsin-Madison (SSEC) se sont joints à une étude atmosphérique sur Sheboygan et d'autres villes le long de la côte du lac.

L'objectif de l'étude sur l'ozone du lac Michigan (LMOS 2017) est de comprendre comment les courants éoliens peuvent transporter la pollution d'un endroit à un autre, en particulier l'ozone, qui pose des risques pour la santé humaine lorsqu'il est trouvé près de la surface de la Terre. Les données collectées seront également intégrées dans les modèles d'ozone utilisés par les gestionnaires de la qualité de l'air dans des agences telles que l'Environmental Protection Agency (EPA), le Lake Michigan Air Directors Consortium (LADCO), et le ministère des Ressources naturelles du Wisconsin.

"Nous voulons aider à améliorer ces modèles et mieux prédire quand les événements d'ozone se produiront, et à son tour, protéger la santé, " dit Brad Pierce, un physicien de la NOAA qui est stationné à UW-Madison et dirige la campagne LMOS.

L'étude représente un partenariat multi-agences de 1,3 million de dollars qui comprend la NASA, la National Science Foundation (NSF), EPA, la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), l'Institut de recherche sur l'énergie électrique (EPRI), et d'autres organisations et universités.

"Le plan est de collecter des données qui nous donneront un profil complet de l'atmosphère le long des rives du lac Michigan, " dit Tim Wagner, Assistante de recherche SSEC.

Wagner supervise les efforts de recherche pour une suite d'instruments au sol, connu sous le nom de Centre de recherche atmosphérique portable SSEC, ou SPARC. SPARC est un produit personnalisé, Remorque de 17 pieds équipée d'une panoplie d'outils sensibles servant à mesurer l'atmosphère, dont beaucoup ont été conçus et construits à la SSEC. Les données recueillies à partir des instruments SPARC sur le site d'étude aideront à construire une image de l'atmosphère au-dessus de Sheboygan et des régions environnantes grâce à des mesures de vent et de température, et aider à résoudre différents types de particules comme la glace, poussières et autres aérosols.

"En comprenant la structure atmosphérique, il met en contexte les autres données qui font partie de l'ensemble de la campagne, " dit Wagner. " C'est une pièce importante du puzzle pour comprendre ce qui se passe là-haut. "

Les données de l'équipe SPARC viendront compléter les mesures de la NASA déjà recueillies à partir d'instruments de télédétection à bord d'un avion volant selon des schémas spécifiques au-dessus de la région—de Zion, Illinois, à Sheboygan - et les données d'un navire de recherche de la NOAA équipé d'instruments de l'EPA qui ont collecté des mesures près des côtes et des côtes. Il s'ajoutera également aux mesures d'ozone collectées via l'automobile par la région 5 de l'EPA et le professeur Patricia Cleary de l'UW-Eau Claire.

"Ensemble, l'avion, les mesures des navires et des terres aideront à dresser une image plus complète de l'atmosphère, " dit Wagner.

En outre, L'EPRI a financé Scientific Aviation pour fournir des mesures aériennes le long de la côte du lac Michigan et la NSF a financé l'Université du Wisconsin, L'Université de l'Iowa et l'Université du Minnesota pour effectuer des mesures chimiques détaillées sur un site au sol à Sion.

L'équipe au sol UW-Madison comprend Tim Bertram, professeur de chimie, et ses étudiants diplômés Gordon Novak et Michael Vermeuel. Bertram explique que l'ozone se trouve couramment dans l'atmosphère terrestre, où il protège les habitants de la surface du rayonnement solaire nocif, mais il est généralement haut et loin des gens. Cependant, les sources anthropiques, comme la combustion de combustibles fossiles, peuvent faire grimper la production d'ozone à des niveaux dangereux, surtout quand il se forme dans les villes ou les zones densément peuplées.

L'ozone est produit par combustion incomplète, qui crée ce que l'on appelle des molécules précurseurs, comme l'oxyde nitrique, et les composés organiques volatils. Ceux-ci sont convertis en ozone par un processus chimique dépendant de la lumière du soleil. Les niveaux d'ozone ont tendance à être plus élevés pendant les mois d'été en raison de l'augmentation de l'intensité solaire.

L'EPA est chargée d'établir des normes de pollution par l'ozone à l'échelle nationale et travaille avec les agences d'État pour surveiller les conditions de qualité de l'air. Les villes qui ne respectent pas certaines normes de qualité de l'air doivent se soumettre à un processus de planification pour définir les moyens de réduire les polluants comme l'ozone. Transpercer, qui a étudié le transport de l'ozone pendant plus de 20 ans, affirme que l'amélioration des modèles aidera l'EPA et les villes à planifier les futurs besoins et exigences en matière de qualité de l'air.

« La phase sur le terrain de l'étude sur l'ozone du lac Michigan 2017 a été un succès retentissant et nous sommes impatients d'utiliser les mesures recueillies au cours de la campagne pour aider à comprendre pourquoi les moniteurs d'ozone côtiers affichent des niveaux d'ozone plus élevés qu'à l'intérieur des terres, et améliorer notre capacité à modéliser l'ozone dans cette région complexe, " dit Pierce.