Itu adalah hari yang cukup khas bagi para ilmuwan NASA yang mempelajari polusi di wilayah Hampton Roads di tenggara Virginia – sibuk, dengan kata lain. Pekerjaan yang mereka lakukan dapat membantu meningkatkan prakiraan kualitas udara di wilayah di mana gambaran kualitas udara tidak sepenuhnya jelas. Selama beberapa jam, pengukuran akan mengalir dari beberapa sensor yang berbeda di beberapa lokasi di Chesapeake Bay yang lebih rendah – kadang-kadang secara bersamaan, kadang-kadang satu demi satu.

Sensor dipasang pada pesawat C-23 Sherpa, Unmanned Aerial Vehicle (UAV), balon, stasiun lidar berbasis darat, kapal penelitian maritim dan sensor berbasis mobil. Dan itu hanya beberapa. Sensor mengambil sampel atmosfer di ketinggian dan lokasi yang berbeda. Mereka terkadang mengambil sampel lokasi yang sama persis pada waktu yang sama persis untuk memvalidasi data satu sama lain. Jejak gas itu adalah bintang Studi Transisi Lingkungan Air-Lahan Ozon (OWLETS), sebuah penelitian NASA yang mengamati konsentrasi ozon di sekitar Teluk Chesapeake yang lebih rendah.

Ozon yang diukur para ilmuwan ini bukanlah sesuatu yang naik di stratosfer. Ozon di sana bermanfaat. Ini menghalangi radiasi ultraviolet yang menyebabkan kanker dan merusak tanaman dari Matahari. Ozon yang diukur para ilmuwan ini lebih dekat ke tanah, berputar-putar di udara yang kita hirup, dan dalam konsentrasi tinggi, itu buruk. Ozon permukaan tanah tercipta ketika emisi dari mobil, pembangkit listrik, asap api, dan sumber-sumber lain bereaksi secara kimiawi di bawah sinar matahari. Ini dapat secara serius menurunkan kualitas udara dan secara negatif mempengaruhi kesehatan manusia. Ozon diketahui memperburuk masalah pernapasan yang ada seperti asma dan dapat menyebabkan kerusakan paru-paru. Anak-anak dan warga lanjut usia sangat beresiko terkena paparan ozon. Belum ada banyak penelitian tentang ozon di sekitar Teluk Chesapeake, tetapi beberapa studi di sana telah menyarankan bahwa mungkin – mungkin saja – konsentrasi ozon lebih tinggi di atas air daripada di daratan.

“Itu bukan cerita yang lengkap,” kata Tim Berkoff, penyelidik utama untuk OWLETS di Langley Research Center NASA di Hampton, Virginia, yang berlokasi di Hampton Roads. “Jadi itu sesuatu yang menarik, karena jika Anda memiliki ozon tinggi di atas air, itu berpotensi berdampak pada kualitas udara di darat melalui efek resirkulasi angin sepoi-sepoi. Udara padam di pagi hari dan kembali di sore hari, dan jika Anda secara fotokimia memasak semua ozon ini di atas air, maka berpotensi dibawa kembali ke daerah-daerah berpenduduk tinggi. ”

Mengumpulkan bacaan ozon yang baik dan komprehensif di wilayah yang mencakup lebih dari 500 mil persegi membutuhkan banyak alat, sehingga banyak sensor yang digunakan sebagai bagian dari penelitian. Beberapa hari pengukuran lebih mudah daripada yang lain, tetapi bahkan pada hari-hari yang lebih mudah, ada banyak yang harus dikoordinasikan.

“Jika saya terlihat sedikit lelah, ada alasan mengapa,” kata Berkoff di puncak kampanye lapangan OWLETS, yang berlangsung pada bulan Juli dan awal Agustus. “Banyak yang terjadi.”

Para peneliti dan pekerja magang musim panas dari Langley’s Science Direktorat dan Hampton University berpartisipasi. Studi ini juga melibatkan Inkubator Otonomi pusat, sekelompok ilmuwan multi-disiplin, insinyur dan magang yang meneliti kecerdasan mesin. Mereka mengemudikan UAV yang melakukan pengukuran ozon di Langley dan di atas air dekat Chesapeake Bay Bridge-Tunnel (CBBT), yang membentang 20 mil dari Pantai Virginia ke ujung selatan Pantai Timur Virginia. Peneliti Otonomi Inkubator Jim Neilan dan Eddie Adcock bekerja sama dengan Berkoff untuk mengembangkan pola penerbangan untuk UAV di kedua lokasi. Danette Allen, pemimpin inkubator, percaya penelitian ini dapat membantu membuka jalan bagi NASA dan organisasi lain untuk menyuntikkan teknologi otonom ke dalam penelitian atmosfer.

“OWLETS adalah langkah pertama yang penting menuju apa yang kami harapkan akan menjadi kehadiran pemantauan yang terus-menerus dimungkinkan melalui operasi otonom,” katanya. “Kami menantikan kesempatan untuk mengembangkan dan menjalankan sistem berbasis data yang mengantisipasi kapan dan di mana data ozon harus dikumpulkan.”

Bersama Berkoff dan Allen, John Sullivan, rekan pasca doktoral di Atmospheric Chemistry and Dynamics Laboratory di Goddard Space Flight Center NASA di Greenbelt, Maryland, adalah bagian dari tim yang mengusulkan OWLETS. Selama kampanye lapangan, Sullivan melakukan perjalanan ke Langley dari rumahnya di Baltimore untuk mengoperasikan sistem Lidar ozon Goddard dengan bantuan siswa magang Goddard, Lance Nino. Dia juga mendapat bantuan dari peneliti Goddard Laurence Twigg. Lidar tanah menggunakan pulsa laser untuk mengukur profil ozon di beberapa mil pertama atmosfer. Langley juga memiliki lars ozon yang mengukur dari salah satu pulau di terowongan teluk-jembatan. Pada hari ketika arus atmosfer tampak menarik asap dari kebakaran hutan di Pasifik Barat Laut dan Kanada ke langit Virginia tenggara, Sullivan bekerja keras. Asap itu menyebar dan tidak terlihat jelas oleh mata yang tidak terlatih – sampai Sullivan menunjukkan bagaimana asap itu merampas langit sore dari warna biru terdalamnya.

“Ketika asap memasuki wilayah itu, Anda mulai mendapatkan bahan tambahan untuk resep ozon itu,” katanya. “Kami ingin melakukan pengukuran pagi ini sebelum asap berinteraksi [dengan polutan lokal], lalu kami ingin mencoba menangkap penumpukan apa pun dalam produksi ozon, dan kami akan berlari hingga malam hari untuk mendapatkan penurunan juga untuk melihat bagaimana banyak dari itu tetap ada dan berdampak pada hari berikutnya. ”

Hari-hari pengukuran yang panjang menggunakan beberapa sensor di bawah kondisi atmosfer yang berbeda sangat penting untuk membangun dataset ozon yang akan membantu memberi tahu apa yang disebut Berkoff “kisah ozon penuh.” Kisah lengkap itu dapat memiliki manfaat langsung bagi orang-orang yang tinggal di Hampton Roads.

“Pada akhirnya, kami ingin meningkatkan model prakiraan kualitas udara,” kata Berkoff, “karena itu memiliki dampak signifikan pada populasi manusia.”

Dengan kata lain, NASA berharap data penelitian dari studi seperti OWLETS akan berguna saat organisasi mitra mengambil informasi itu dan menindaklanjutinya dengan cara yang dapat bermanfaat bagi masyarakat. Tim juga berharap untuk lebih memahami mekanisme buatan manusia dan alami yang menyebabkan penumpukan ozon, dan meningkatkan pengambilan satelit di masa depan. Emisi Troposfer: Pemantauan Polusi, atau TEMPO, instrumen satelit yang akan memantau ozon dan polutan udara utama lainnya di seluruh Amerika Utara, dijadwalkan diluncurkan paling lambat pada 2019.

Dalam jangka waktu yang lebih dekat, sudah ada pembicaraan awal untuk melakukan kampanye serupa musim panas mendatang di bagian utara Teluk Chesapeake, dekat Baltimore. Ini bukan kesepakatan yang dilakukan, tetapi Berkoff dan Sullivan berharap mereka akan dapat mengambil beberapa pelajaran yang mereka pelajari di Langley dan menerapkannya di tempat yang memiliki masalah ozon yang unik.

“Maryland memiliki masalah ozon sendiri di teluk dan tujuannya sedikit berbeda dari apa yang kita lihat di sini,” kata Sullivan. “Tapi rencana pengukuran kami – memiliki strategi pengamatan over-water versus over-land ini – akan sangat mudah sejalan untuk menjawab beberapa masalah ozon mereka.”