Orientadores:
Andreas Beyersdorf, California State University, San Bernardino
Mentor de Pós-graduação:
Bradley Ries, University of California, Riverside
Martha Santiago, Northwestern University
Embora a qualidade do ar tenha melhorado nos Estados Unidos desde a promulgação do Clean Air Act em 1970, a poluição do ar continua sendo um problema para milhões de americanos. Pecuária, fertilizantes e pesticidas podem liberar poluentes no ambiente circundante, os quais podem estar associados a efeitos adversos à saúde, como asma e doenças cardiovasculares, nas populações próximas. Como alguns aerossóis são traçadores da atividade agrícola, examinar as concentrações e a composição dos aerossóis pode ajudar a compreender melhor as fontes e os impactos da poluição do ar. Aqui, comparamos duas regiões agrícolas: o Vale Central da Califórnia, dominado por pomares, plantações de nozes e fazendas de gado, e a Península Delmarva, composta por incubatórios de frangos e plantações de hortaliças. Usando dados aerotransportados do Espectrômetro de Massa de Aerossóis (AMS), comparamos níveis relativos e absolutos de amônio (NH4+), cloreto (Cl-), nitratos (NO3-), orgânicos e sulfatos (SO42-), e calculamos a matéria particulada total menor que um micrômetro (PM1). Também examinamos outros poluentes agrícolas, como metano (CH4), um traçador da atividade agrícola, e comparamos pontos quentes entre cada região. Embora ambas as regiões sejam conhecidas por sua intensa atividade agrícola, nossos resultados indicam que a composição e as concentrações de aerossóis e gases traço variam significativamente. Na Península Delmarva, a poluição do ar parece ser um problema regional; as concentrações médias de poluentes são maiores, mas distribuídas de forma homogênea. Em contraste, a poluição no Vale Central é localizada, indicada por picos mais altos de poluentes que se sobrepõem a aglomerados de comunidades. Entender diferenças na composição, concentração e distribuição permite que comunidades e legisladores identifiquem soluções para combater a poluição do ar e melhorar a qualidade do ar.
Eli Garcia, Trinity College
Os aerossóis desempenham um papel importante na qualidade do ar, visibilidade e saúde humana em áreas urbanas e rurais. Na expansão urbana de Los Angeles, muitas fontes de aerossóis antropogênicos contribuem de forma significativa para a qualidade do ar, que vem melhorando, mas ainda está abaixo da média em várias partes da região metropolitana. Devido ao tamanho relativo e à topografia da área urbana de Los Angeles, a região pode ser dividida em múltiplas sub-regiões distintas, cada uma com fontes e composições de aerossóis diferentes. Para entender melhor essas fontes, foram examinadas aproximações perdidas (“missed approaches”) das campanhas de voo do Programa de Pesquisa Aerotransportada Estudantil da NASA nos últimos dois verões. Essas aproximações perdidas nos fornecem um retrato preciso da composição local dos aerossóis para pessoas que vivem próximas a esses aeroportos, permitindo compreender melhor as fontes desses poluentes. Para este estudo, utilizamos dados do espectrômetro de massa de aerossóis para determinar as proporções relativas de orgânicos, sulfatos, nitratos, amônio e cloretos. Também conseguimos coletar a contagem total do número de partículas e a contagem do número não volátil utilizando um contador de partículas por condensação. Os dados foram adquiridos em seis aeroportos onde ocorreram aproximações perdidas, e descobrimos que a composição dos aerossóis varia conforme a localização dentro da bacia. Em aeroportos com grande volume de tráfego e presença de armazéns, os nitratos representam uma parcela maior da massa total, enquanto em aeroportos com maior concentração industrial, como Long Beach, os sulfatos também representam uma fração maior. Ao determinar quais aerossóis mais contribuem e suas principais fontes, os esforços podem ser direcionados para mitigar esses poluidores específicos.
Kiersten Sundell, University of Rhode Island
As comunidades do Imperial Valley apresentam taxas de asma significativamente superiores às médias da Califórnia em todas as faixas etárias, apesar das leituras relativamente baixas de material particulado (PM2.5 e PM10) nas estações de monitoramento regulamentares. Essa desconexão entre saúde e poluição indica possíveis fontes de emissão não medidas em uma região dominada por confinamentos industriais de gado. O Imperial Valley abriga a maior Operação Concentrada de Alimentação Animal (CAFO) e frigorífico da Califórnia, instalações que confinam milhares de bovinos e geram grandes volumes de metano, material particulado, óxido nitroso e amônia, produzindo aerossóis complexos associados a impactos respiratórios e cardiovasculares. Embora estudos anteriores tenham usado filtros de material particulado total em downwind, modelagem de dispersão e mapeamento da cadeia de suprimentos para avaliar as emissões de CAFOs, essas abordagens frequentemente deixam de detectar pontos quentes de poluição concentrada. Combinamos dados de aerossóis do Programa de Pesquisa Aerotransportada Estudantil da NASA, estações de monitoramento da EPA, cálculos do IPCC e autorizações de águas residuais da Califórnia para quantificar e mapear emissões do maior confinamento e frigorífico do estado: Brandt Beef, em Calipatria e Brawley, Califórnia. Mapeamos esses poluentes em relação a dados de saúde e demográficos no Imperial Valley da Califórnia usando informações do Departamento de Saúde Pública da Califórnia e do CalEnviroScreen, encontrando correlações significativas entre a dispersão de poluentes e a prevalência de indicadores de saúde, como asma e doenças cardiovasculares. Nossa análise revela que as operações da Brandt Beef emitem 26,73 toneladas de metano e 39,98 toneladas de óxido nitroso diariamente. Medições aerotransportadas revelaram concentrações elevadas de PM ao redor das instalações, enquanto a análise espacial mostrou correlações significativas entre a proximidade às instalações e condições de saúde. Esses achados indicam que operações pecuárias em grande escala estão associadas a impactos ambientais mensuráveis nas comunidades ao redor, os quais podem estar ligados a diferenças nos resultados de saúde, apesar do cumprimento das normas federais de qualidade do ar.
Lilly Kramer, Oberlin College
Tempestades de poeira ocorrem quando ventos levantam sedimentos soltos, o que gera problemas de saúde para as populações ao redor. A maior fonte de poeira nos EUA encontra-se no Owens Dry Lake, na Califórnia. Essas tempestades de poeira são extremamente tóxicas, carregando carcinógenos do leito exposto do lago (playa) para a atmosfera e em direção às pessoas. O Salton Sea é um lago na Califórnia que está secando rapidamente, expondo sua playa ao ambiente. Em seu declínio, o Salton Sea espelha o destino do Owens Lake, que secou em 1905. Um artigo de pesquisa de 2024 por Eric C. Edwards (et al.) usou um modelo espacialmente explícito de transporte de partículas para demonstrar o aumento das emissões de poeira a partir do Salton Sea. Nossa pesquisa apresentará evidências ambientais de que o aumento da área de playa gera mais poeira na região do Salton Sea, corroborando o modelo existente. Isso foi alcançado analisando dados de voo do Programa de Pesquisa Aerotransportada Estudantil da NASA ao longo de quase uma década. Um Espectrômetro de Aerossóis de Ultra Alta Sensibilidade (UHSAS) e um Espectrômetro Laser de Aerossóis (LAS) forneceram informações sobre o tamanho das partículas de aerossol e sua quantidade. A análise estabeleceu uma tendência de aumento de partículas de poeira na área do Salton Sea ao observar partículas com mais de 500 nm de diâmetro. Essa tendência é atualmente perigosa para as pessoas que vivem próximas ao lago, pois o aumento da poeira tóxica causa problemas de saúde significativos. Esse problema só será agravado porque, se o lago continuar em sua trajetória projetada e secar completamente, poderá gerar tempestades massivas de poeira tóxica que se estenderiam muito mais.
Justin Staley, Villanova University
A camada limite planetária (PBL) é a parte mais baixa da atmosfera, o ar in situ que faz fronteira com a troposfera livre e a superfície da Terra. Caracterizada pela mistura turbulenta, a PBL desempenha um papel importante nos padrões climáticos, na dinâmica do tempo e na qualidade do ar, sendo influenciada por fatores externos como temperatura, geografia e proximidade ao oceano. Este projeto analisa as diferenças sazonais nas características da PBL sobre a grande região de Los Angeles, perguntando como os perfis verticais de gases traço e aerossóis se comparam durante aproximações perdidas no verão de 2025 e no inverno de 2021. Medições embarcadas de gases traço (CH₄, NH₄, O₃, NO₃), aerossóis orgânicos e a contagem total do número de aerossóis foram usadas para analisar como a estrutura da PBL influencia a distribuição de poluentes entre regiões urbanas e costeiras. Os resultados indicam que as manhãs de verão frequentemente exibem camadas limite mais profundas devido ao aumento da intensidade solar. Em contraste, os perfis matinais de inverno exibem camadas limite mais rasas e mais estáveis por conta de menor aquecimento e maior cobertura de nuvens, com mistura vertical mais fraca. As espécies químicas observadas, particularmente O₃ e NH₄, apresentaram gradientes verticais distintos no topo da PBL, auxiliando na definição de sua altura e dinâmica. Além disso, as concentrações de ozônio aumentam acima da PBL, enquanto as contagens totais do número de aerossóis variam com a altitude e a localização. Esses achados fornecem insights sobre a dispersão de poluentes, reatividade química, implicações para modelagem regional da qualidade do ar e uma melhor compreensão do papel da geografia local e da meteorologia na configuração do comportamento da camada limite no Sul da Califórnia.
Jacob Garside, Plymouth State University
Com milhares de incêndios florestais ocorrendo anualmente na Califórnia, entender a composição da fumaça é crítico para avaliações de qualidade do ar e do clima. À medida que a severidade e a intensidade dos incêndios aumentam ano após ano, ser capaz de caracterizar plumas de aerossóis torna-se cada vez mais importante. Este estudo examina dois incêndios significativos de 2025 por meio de medições combinadas aerotransportadas e de superfície: o Incêndio Juniper de 30 de junho e o incêndio Eaton, de 24 dias (7 a 31 de janeiro). Durante o Programa de Pesquisa Aerotransportada Estudantil da NASA, a aeronave P-3B interceptou a pluma do Incêndio Juniper, possibilitando uma análise abrangente dos aerossóis de queima de biomassa. Investigamos se aerossóis e gases traço poderiam servir como assinaturas definitivas de incêndios comparando medições de aeronave e de superfície. O estudo utilizou medições de absorção tanto do conjunto de instrumentos do Langley Aerosols Research Group embarcado quanto de um aethalômetro de rede de superfície Atmospheric Science and Chemistry mEasuremet NeTwork (ASCENT) para derivar o expoente de Ångström de absorção (AAE), enquanto medições simultâneas de CO e CO₂ na aeronave identificaram interceptações de pluma e eficiência de combustão. Valores calculados de AAE entre 1,5 e 1,7 indicaram contribuições mistas de carbono negro e carbono marrom, características da queima de biomassa. Razões elevadas de CO para CO₂ confirmaram incêndios com combustão lenta, já que valores altos de CO geralmente estão ligados a esses incêndios. Esses achados demonstram que AAE integrado e medições de gases traço a partir de múltiplas plataformas caracterizam efetivamente a composição da fumaça, fornecendo discriminação valiosa entre plumas dominadas por carbono negro e carbono marrom para melhorar a modelagem atmosférica e a avaliação de saúde pública.
