تقييم مناهج تحديد مصادر التلوث في الوقت الحقيقي في ست مدن صينية باستخدام إعداد AXA (ACSM، Xact، Aethalometer)

لماذا يهم تتبع التلوث السريع

عند الحديث عن تلوث الهواء ينظر إليه غالبًا كرقم واحد في تطبيق الطقس، لكن المهم فعلاً هو من وماذا الذي يَنتج تلك الجسيمات الملوِّثة في الجو، دقيقة بدقيقة. في كثير من المدن الصينية يمكن أن يتكوّن ضباب شتوي كثيف بسرعة، مما يضع المسؤولين في موقف اتخاذ قرارات خلال ساعات بشأن تقليل المرور أو إغلاق المصانع أو تقييد أنشطة أخرى. وحتى الآن، كانت هذه القرارات تُتخذ في الغالب دون معلومات وقتية حول المصادر المسؤولة فعلاً. تقدّم هذه الدراسة نظامًا جديدًا وتختبره قادرًا على تفكيك المساهمين الرئيسيين في الجسيمات الضارة شبه في الوقت الحقيقي عبر ست مدن صينية كبرى.

طريقة جديدة لـ«بصمات» الهواء الملوَّث

بنى الباحثون نظامًا لتحديد مصادر التلوث شبه في الوقت الحقيقي، وهو إلى حدّ كبير محلل ذكي لا يقيس فقط مقدار الجسيمات المعلقة الدقيقة (PM2.5) في الهواء، بل يحدد أيضًا من أين تأتي في غضون دقائق. يدمج النظام ثلاث أدوات مستمرة تُعرف مجتمعة بإعداد AXA: أحدها يتتبع الجزيئات العضوية والأيونات الرئيسية، وآخر يقيس العناصر النادرة مثل المعادن، والثالث يركز على الكربون الأسود الماص للضوء. كل نوع من المصادر — المرور، الفحم، الاحتراق الحيوي، الغبار، أو الانبعاثات الصناعية — يترك بصمته الكيميائية الخاصة في هذه القياسات. بعد ذلك تستخدم برامج متخصصة هذه البصمات لتفكيك التلوث المختلط إلى مساهمات من كل مصدر تلقائيًا، دون حاجة لخبير لمراقبته.

اختبار النظام في ست مدن

لاختبار ما إذا كان هذا النهج يعمل خارج المختبر، أجرى الفريق حملات مراقبة متعددة الأشهر بين 2020 و2022 في بكين، لانغفانغ، شيجياتشوانغ، شيان، ووهان، وتشونغتشينغ. أولًا أجروا تحليلات «أوفلاين» أبطأ وأكثر دقة على مجموعات البيانات الكاملة لتحديد المصادر الرئيسية والبروفايلات الكيميائية لكل مدينة. خدمت هذه النتائج الأوفلاين كمرجع. ثم ضَبَطوا النموذج في الوقت الحقيقي باستخدام هذه البروفايلات المصدرية وسمحوا له بمعالجة البيانات كما لو أنه يعمل مباشرة، مضيفًا قياسات جديدة خطوة زمنية تلو الأخرى. في المدينتين الأخيرتين، شيجياتشوانغ ووهان، عمل النموذج أيضًا فعليًا شبه في الوقت الحقيقي، مُقدّمًا تحليلات مصدرية مُحدَّثة خلال دقائق من كل قياس.

ما تعلموه عن الضباب نفسه

عبر المدن الست، تؤكد الدراسة أن الملوثات الثانوية — الجسيمات المتشكلة في الجو من غازات مثل أكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت والمركبات العضوية المتطايرة والأمونيا — هي المحركات الرئيسة لـPM2.5، وغالبًا ما تشكل نصف الكتلة الدقيقة أو أكثر. كان النترات والكبريتات والمواد العضوية الغنية بالأكسجين ذات أهمية خاصة. لا تزال الانبعاثات الأولية مثل دخان الفحم والاحتراق الحيوي، وتآكل وعوادم المركبات، والأنشطة الصناعية تسهم بشكل ملحوظ، عادة بحوالي 10–30% من الكتلة، وفي بعض الحالات أكثر خلال أحداث معينة. على سبيل المثال، شهدت لانغفانغ عواصف غبارية أثناء الحملة، مما جعل الغبار المعدني المحمول بالرياح يهيمن على مستويات الجسيمات لفترات ممتدة. كما كانت الأنماط الموسمية واضحة: التدفئة الشتوية عززت دخان الوقود الصلب، في حين أن الفترات المشمسة فضّلت تراكم الجسيمات الثانوية المتشكلة في الغلاف الجوي.

ما مدى موثوقية فصل المصادر في الوقت الحقيقي؟

السؤال الرئيسي كان ما إذا كان النظام السريع الآلي يمكنه مضاهاة العمل الأوفلاين الأكثر دقة. قارن المؤلفون مجموعتي النتائج بعدة طرق. عندما استخدم نموذج الوقت الحقيقي بصمات مصادر مُحسّنة مستمدة من التحليل البطيء، تابعت تقديراته لكل مصدر رئيسي المرجع عن كثب، مع اتفاق إحصائي (R²) أعلى من 0.82 لجميع المصادر الرئيسية. ثم اختبروا النظام بتدريبه على ثلثي البيانات فقط واختباره على الثلث المتبقي، محاكيين النشر في فترة جديدة لم يُرها من قبل. حتى تحت هذه الشروط، أعاد النموذج إنتاج معظم المصادر جيدًا، رغم أن المصادر ذات التغير العالي مثل الطهي والاحتراق الحيوي كانت أقل دقة بعض الشيء. اختبار أصعب، باستخدام بصمات «متعددة المدن» عامة بدلًا من بصمات محلية، أعطى نتائج مختلطة، مما يؤكد أن التهيئة المحلية وتفاصيل الأجهزة لا تزال مهمة للأداء الأمثل.

الحدود والتحديات والصورة الأوسع

تسلط الدراسة أيضًا الضوء على عدة تحديات. تتغير مصادر التلوث والظروف الجوية مع الفصول، لذا قد لا يصف نموذج مُعدّ على انبعاثات التدفئة الشتوية كيمياء الصيف بدقة. لم تقِسِ الأدوات في المواقع المختلفة دائمًا نفس مجموعة الملوثات، وهو ما يمكن أن يؤثر على مدى قابلية فصل المصادر الفردية. وبما أن النظام مصمم للعمل دون تدخل بشري، فإنه يتخلى عن بعض المرونة — مثل إعادة ضبط بروفايلات المصادر يدويًا بشكل متكرر — مقابل المتانة وسهولة الاستخدام من قبل غير الخبراء في شبكات المراقبة الروتينية.

ما يعنيه هذا لمدن أنظف

بالنسبة للقارئ العام، الخلاصة أن هذا العمل يبيّن أنه أصبح ممكنًا الآن الحصول على تحليل شبه فوري لمن يلوّث الهواء في المدن الكبرى — ليس فقط معرفة مدى سُوء الهواء. يمكن للنموذج المستند إلى AXA، خلال دقائق، تقدير مقدار الجسيمات الدقيقة في ساعة معينة الناتجة عن المرور، والوقود الصلب مثل الفحم والكتلة الحيوية، والغبار، أو التكوّن الثانوي في الغلاف الجوي، ويفعل ذلك بدقة قريبة من الطرق البطيئة التي يقودها الخبراء. ومع أن هناك حاجة لمزيد من الاختبارات على مدار سنة كاملة، يمكن لمثل هذه الأدوات أن تساعد السلطات على الاستجابة بدقة أكبر أثناء حلقات الضباب — باستهداف القطاع الصحيح في الوقت المناسب — مما يدعم في نهاية المطاف نتائج صحية أفضل وإدارة جودة هواء أكثر كفاءة.

الاستشهاد: Manousakas, M.I., Cui, T., Wang, Q. et al. Evaluation of real-time source apportionment approaches in six Chinese cities using the AXA (ACSM, Xact, Aethalometer) instrumental set-up. Sci Rep 16, 9890 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38154-x

الكلمات المفتاحية: تلوث الهواء, الجسيمات المعلقة, المراقبة في الوقت الحقيقي, تحديد مصادر التلوث, المدن الصينية