على غرار التنبؤ بالطقس، هناك نماذج للتنبؤ بمستويات تلوث الهواء وجودة الهواء. هناك العديد من نماذج التنبؤ التي تتطلب تعقيداً أكثر من نماذج التنبؤ بالطقس. هذه النماذج عبارة عن محاكاة رياضية لكيفية انتشار الملوثات المحمولة جواً في الهواء (1).

لماذا هناك حاجة إلى معلومات عن جودة الهواء

يحدث تلوث الهواء عندما يحتوي الهواء المحيط على غازات أو غبار أو أبخرة أو روائح بكميات عالية بما يكفي ليكون ضاراً بصحة الإنسان والحيوان أو بما يكفي لإلحاق الضرر بالنباتات والمواد.

ويعد تلوث الهواء أحد أكبر مسببات الوفاة في عصرنا الحالي. فالهواء الملوث مسؤول عن وفاة ما يقدر بـ 7 ملايين شخص في جميع أنحاء العالم كل عام: حوالي 3 ملايين شخص من تلوث الهواء المنزلي و4 ملايين شخص من تلوث الهواء المحيط (الخارجي) (2) (3). وقد أظهرت البيانات أن تلوث الهواء في جميع أنحاء العالم مرتبط بـ

• 19% من جميع الوفيات الناجمة عن أمراض القلب والأوعية الدموية
• 24% من وفيات أمراض القلب الإقفارية
• 21% من وفيات السكتة الدماغية
• 23% من وفيات سرطان الرئة(4)

بالإضافة إلى ذلك، يبدو أن تلوث الهواء في الهواء الطلق عامل خطر مهم لاضطرابات النمو العصبي لدى الأطفال (5) والأمراض العصبية التنكسية لدى البالغين (6).

وفي ظل الخسائر الاقتصادية والبيئية والبشرية التي يتسبب بها تلوث الهواء، تزداد أهمية تقنية التنبؤ بتلوث الهواء.

فوائد معلومات تلوث الهواء والتنبؤ به

يعد التنبؤ بتلوث الهواء استثمارًا مفيدًا على مستويات متعددة - على المستوى الفردي والمجتمعي والوطني والعالمي. يساعد التنبؤ الدقيق الناس على التخطيط للمستقبل، مما يقلل من الآثار على الصحة والتكاليف المرتبطة بها.

عندما يكون الناس على دراية بالتغيرات في نوعية الهواء الذي يتنفسونه، وتأثير الملوثات على صحتهم، وكذلك التركيزات التي من المحتمل أن تسبب آثارًا ضارة، هناك احتمال أكبر لتحفيز التغييرات في كل من السلوك الفردي والسياسة العامة (7) (8).

وينطوي هذا الوعي على إمكانية خلق بيئة أنظف وسكان أكثر صحة. كما تستفيد الحكومات أيضًا من التنبؤ المبكر لوضع إجراءات للحد من شدة مستويات التلوث المحلية (9).

الدقة في التنبؤ بجودة الهواء

عند التنبؤ بجودة الهواء، هناك العديد من المتغيرات التي يجب أخذها بعين الاعتبار، وبعضها لا يمكن التنبؤ به. على سبيل المثال، تأمر السلطات في بكين أحيانًا بإغلاق مصانع الفحم والمصانع وحظر جزء من ملايين المركبات المسجلة في المدينة من العمل (10).

وترتبط مستويات تلوث الهواء بقوة بالظروف الجوية المحلية وانبعاثات التلوث القريبة (11) (12). ومع ذلك، فإن الانتقال بعيد المدى للتلوث - من خلال الرياح القوية - هو أيضًا عامل مؤثر مهم ويجب أن يؤخذ في الاعتبار عند التنبؤ بقراءات مؤشر جودة الهواء المحلي (13).

وبالتالي، فإن التنبؤ بجودة الهواء لا ينطوي على صعوبات التنبؤ بالطقس فحسب، بل يتطلب أيضًا بيانات عن ومعرفة:

• تركيزات الملوثات المحلية والانبعاثات
• تركيزات الملوثات والانبعاثات من المواقع البعيدة
• التحركات والتحولات المحتملة للملوثات
• الرياح السائدة

تؤدي العوامل العديدة التي تلعب دوراً في التنبؤ بجودة الهواء إلى أن يكون التنبؤ بتلوث الهواء ذاتياً وموضوعياً على حد سواء.

تقنيات التنبؤ بجودة الهواء

هناك العديد من نماذج التنبؤ هذه، وجميعها تتطلب تعقيداً أكبر من نماذج التنبؤ بالطقس. هذه النماذج عبارة عن محاكاة رياضية لكيفية انتشار الملوثات المحمولة جواً في الهواء.

تنبؤات الأرصاد الجوية

إن الخطوة الأولى للتنبؤ الدقيق بجودة الهواء هي التنبؤ الدقيق بالطقس. يمكن تصنيف التنبؤ بالأرصاد الجوية (الطقس) إلى ثلاث فئات رئيسية: علم المناخ، والأساليب الإحصائية، والنماذج ثلاثية الأبعاد (ثلاثية الأبعاد).

علم المناخ

ويستخدم علم المناخ الماضي كمؤشر للمستقبل. وتستند هذه الطريقة إلى العلاقة بين ظروف مناخية محددة ومستويات التلوث، وبالتالي يمكن أن تكون أحادية البعد. وغالباً ما يتم توسيع هذه الطريقة لتشمل مطابقة أنماط الطقس مع أنماط التلوث. هناك العديد من القيود على هذه الطريقة ويُنظر إليها كأداة مكملة لأساليب التنبؤ الأخرى.

الأساليب الإحصائية

الارتباط بين جودة الهواء والطقس يمكن قياسها باستخدام طرق إحصائية. وتشمل الطرق الثلاثة الأكثر استخداماً ما يلي:

1. شجرة التصنيف والانحدار (CART) مصممة لتصنيف البيانات إلى مجموعات متباينة. يحدد البرنامج المتغيرات التي ترتبط بمستويات التلوث المحيط. تُستخدم البيانات للتنبؤ بالتركيزات بناءً على الظروف الجوية وتركيزات الملوثات المترابطة.
2. تحليل الانحدار يقدر العلاقات بين المتغيرات. من خلال تحليل مجموعات البيانات التاريخية، يتم إجراء ارتباطات بين مستويات التلوث ومتغيرات بيانات الأرصاد الجوية. والنتيجة هي معادلة يمكن استخدامها للتنبؤ بمستويات التلوث في المستقبل.
3. الشبكات العصبية الاصطناعية تستخدم تقنيات التعلم التكيفي والتعرف على الأنماط. تم تصميم الخوارزميات القائمة على الحاسوب لمحاكاة قدرة الدماغ البشري على التعرف على الأنماط. ويمكن القول إنها الطريقة الأكثر ملاءمة للتنبؤ بالتلوث بسبب نهجها متعدد الأبعاد.

ومن عيوب الأساليب الإحصائية المذكورة أعلاه أنها تفترض ثبات العمليات التي تؤثر على جودة الهواء. ولذلك، فإن أي تغيرات جذرية في الانبعاثات أو المناخ (على المدى القصير أو الطويل) ستقلل بشدة من دقة هذه الأساليب. هناك طرق أكثر تعقيداً تحاول أخذ هذه النقائص في الحسبان. وتعرف هذه النماذج بالنماذج ثلاثية الأبعاد.

نماذج ثلاثية الأبعاد (ثلاثية الأبعاد)

تمثل النماذج ثلاثية الأبعاد رياضياً جميع العمليات المهمة التي لها تأثير على مستويات تلوث الهواء الخارجي. تحاكي النماذج ثلاثية الأبعاد انبعاثات تلوث الهواء وانتقاله وتحوله من خلال الاستفادة من عدة نماذج فرعية تشمل

• نموذج الانبعاثات: يحاكي التوزيع المكاني للانبعاثات من المصادر الطبيعية والبشرية.
• نموذج الأرصاد الجوية: ينشئ نموذج مسار للتنبؤ بمستويات التلوث المحيط باستخدام نموذج الأرصاد الجوية ثلاثي الأبعاد وبيانات الانبعاثات.
• النموذج الكيميائي:ينظر في تحوّل التلوث الأولي (المنبعث) إلى تلوث ثانوي لتحديد نتيجة الملوث (14).

توقعات جودة الهواء لمدة 7 أيام

IQAir's منصة AirVisual توفر توقعات جودة الهواء من خلال تطبيق الهاتف المحمول وعلى الموقع الإلكتروني. بالإضافة إلى معلومات جودة الهواء والطقس وقراءات التلوث في الوقت الفعلي، تتضمن المنصة تنبؤات جودة الهواء لمدة 7 أيام، بحيث يمكن اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن الصحة والرفاهية وتساعد أيضًا في التخطيط المسبق وفقًا لذلك. تستخدم المنصة نماذج تنبؤات متقدمة وخوارزميات متطورة وتعلم آلي لتوليد تنبؤات دقيقة لجودة الهواء للأسبوع المقبل.

مع وجود تنبؤات AirVisual لمدة 7 أيام في متناول اليد، يمكن للأفراد والحكومات اتخاذ خطوات استباقية عندما تكون هناك مخاوف متوقعة بشأن جودة الهواء.

الوجبات الجاهزة

تشهد تقنيات وأدوات التنبؤ بالتلوث تحسناً سريعاً وستستمر في زيادة دقتها. تساعد تنبؤات تلوث الهواء الدقيقة والتي يسهل الوصول إليها، مثل تلك الموجودة على AirVisual، على زيادة الوعي العام، وتسمح للسكان الحساسين بالتخطيط المسبق، وتزويد الحكومات بالمعلومات لتنبيهات الصحة العامة.