Mark Zondlo的研究小组跟踪了北京和纽约街道上的温室气体和空气污染物，宾夕法尼亚气井周围，科罗拉多和加利福尼亚的动物饲养场附近。
这些实验通常需要6个月的计划，但今年实验室迅速为一项时间敏感的任务做好了准备:在基拉韦厄火山(Kilauea volcano)大规模喷发期间，监测夏威夷大岛的空气质量。5月至8月间，熔岩流摧毁了大约700座房屋。大约2500名居民撤离了靠近活动裂缝的地区，许多人因为火山灰和气体而出现呼吸问题。
在普林斯顿大学工程与应用科学学院的实验室里，Mark Zondlo和他的研究团队已经环游世界，追踪温室气体和空气污染物。左起:光学机械工程师詹姆斯·麦斯皮里特;研究生大潘;副教授Mark Zondlo;以及研究生王锐、李南森、李维·高尔斯顿和郭学慧。
“这是一个做一些有益的事情的机会，”普林斯顿大学土木与环境工程系副教授、安德林格能源与环境中心(Andlinger Center for Energy and the Environment)外部合作关系副主任佐德罗(Zondlo)说。Zondlo作为美国宇航局健康和空气质量应用科学小组(HAQAST)的一员，被要求在火山爆发期间进行测量。HAQAST帮助公共健康和空气质量机构利用美国宇航局的卫星数据。
该小组的数据和分析将帮助公共卫生官员和科学家更好地了解火山如何影响空气质量，以及空气质量的变化如何与健康影响相关联。
夏威夷大岛基拉韦厄火山爆发时，熔岩反射出云层和烟雾，在夜空中形成了橙色的羽状物。
在火山气体中，二氧化硫对公众健康构成的风险最大;它会刺激眼睛、皮肤和呼吸系统。二氧化硫和大气中的其他分子结合在一起，形成了可以深入肺部的微粒。二氧化硫是vog的关键成分，vog是一种火山烟雾，经常会降低夏威夷的能见度。
作为普林斯顿大气化学实验(PACE)项目的一部分，2013年和2014年，佐德罗的团队开发并运行了一套气体传感器，可以检测二氧化碳、甲烷、氨和其他污染物。与大多数监控系统相比，安装在汽车顶部、由汽车电池供电的传感器更便于运输，能耗更低。这种传感器使用的激光可以发出近红外和中红外波长的光，由普林斯顿大学健康与环境中红外技术中心研发。
在2018年夏基拉韦厄火山爆发期间，马克·曾德罗实验室的成员使用了一套气体传感器来监测夏威夷大岛的空气质量。在这里，研究生利瓦伊·高尔斯顿(Levi Golston)正在调整安装在汽车顶部、由汽车电池供电的传感器。
每个传感器都根据它要检测的分子调整到特定波长的光。夏威夷项目是该实验室首次使用移动传感器来测量二氧化硫水平。在启程之前，研究人员对氨(农业活动中常见的污染物)传感器进行了改进，以测量二氧化硫。
该团队将其夏威夷项目命名为大气Vog分析实验室(Laboratory for Atmospheric Vog Analysis，简称LAVA)。在长达三周的时间里，研究人员在4000平方英里的岛屿上驾驶，记录了对7种空气污染物的连续测量，以及风速、风向、温度和湿度等气象数据。
这张地图显示了佐德罗团队在基拉韦厄火山喷发期间和之后，对夏威夷大岛的空气质量进行采样时所采取的驾驶路线。团队在三个重叠的转变而住在附近的租房Pāhoa东区的岛以南约20英里的小矿脉和10英里的火山喷发最活跃的裂缝。
这项工作的一个主要目标是补充和填补卫星图像和岛屿地面监测站网络数据的空白。许多人口密集地区远离地面监测站，虽然卫星数据可以提供大空间尺度的有用信息，但这些测量数据可能不能反映居民所经历的空气质量。
“火山的排放物被抬升到大气中，”佐德罗说。以二氧化硫为例，卫星数据难以分辨不同高度的浓度，“因此(火山气体的)烟柱可以高高飘出地表，地表的空气质量可能非常好。”这就是为什么我们需要地面网络。”
在7月和8月期间，Zondlo实验室的每一位成员都前往夏威夷加入了这个项目，其中包括5名研究生、两名工作人员、一名暑期研究学生和一名在实验室工作多年的高中教师。团队在三个重叠的转变而住在附近的租房Pāhoa东区的岛以南约20英里的小矿脉和10英里的火山喷发最活跃的裂缝。
“这是令人不安的可怕，”桑德罗说。“从房子里，你可以看到熔岩撞击海洋时产生的懒散[熔岩烟雾]。晚上，你会看到天空中巨大的橙色羽状物，这是由云层和烟雾反射出的熔岩形成的。”
每天晚上，研究小组都会咨询夏威夷大学(University of Hawaii)的vog模型，计划第二天的采样路线。vog模型将火山排放的估计数与风的预测结合起来，以预测哪些地区的二氧化硫和细颗粒物浓度可能最高。他们还回顾了当天刚完成实地取样的研究小组的初步观察结果。
在普林斯顿采购服务办公室的帮助下，Zondlo获得了一辆全电动雪佛兰Bolt，这是他的团队在普林斯顿和纽约进行移动监控研究时使用的同一款车。拥有一辆电动汽车是有帮助的，因为汽油驱动汽车的尾气会干扰传感器的测量。
在三组中,研究人员花了尽可能多的每天八个小时开车,涵盖大型绵延的海岸线以及鞍路,遍历岛和爬海拔超过6000英尺的裙子休眠火山莫纳克亚山的斜率。曾德罗实验室的两名研究生达潘(Da Pan)和利瓦伊高尔斯顿(Levi Golston)说，他们会休息一会儿给汽车充电，有时还会因为大岛上经常下大雨而不得不停车。
研究人员每天开车环岛多达8小时，以监测空气质量。在一些地方，道路标志警告说，火山喷发会造成危险的环境。
出乎意料的是，基拉韦厄火山的喷发在小组开始取样的几天内就戏剧性地停止了。高尔斯顿说:“我们在几英里外测量震源下风处高浓度放射性物质的想法，有点过时了。”
该小组的工作也因飓风莱恩而中断，飓风莱恩在8月底导致大岛发生严重洪灾。虽然这个时间有点令人失望，Zondlo说，“从科学上讲，这可能比我们连续22天测量一堆vog要有趣得多。”
“空气质量并没有立即得到改善，因为较老的熔岩流到海洋和一些排放仍然发生，”他指出。“所以，我们实际上测量了这种转变，这是一件好事。”
由于信风横扫夏威夷西部或西南部，西海岸和该岛南端——距离火山100英里远的地区——在一次活跃的喷发中，空气质量往往很差，佐德罗的小组试图详细记录这一现象。Zondlo说，值得注意的是，8月中旬，该岛西侧享受到了10年来最干净的空气，为实验室的分析提供了依据。
现在，该小组正在努力将其移动采样数据与地面站和卫星图像的信息结合起来。他们计划根据5月、6月和7月火山爆发期间的数据，绘制出每一种风况下的空气质量梯度图，以便更好地了解污染水平。
“每个数据集都有其独特的挑战和优势，如果你能充分利用它们，你就能得到一个更完整、更准确的画面，”佐德罗说。
通过与NASA应用科学项目的联系，Zondlo将向空气质量和公共卫生机构展示他的实验室的发现。有了高分辨率的空气质量地图，流行病学家或许能够研究污染水平与呼吸和心血管疾病住院人数之间的关系。曾德尔罗说:“此前的研究表明，火山喷发时大岛上经常出现的细颗粒物水平升高对健康造成了负面影响。”
“与人口更多的州相比，夏威夷州清洁空气部门的空气质量项目规模相对较小，”西部地区空气伙伴关系(Western Regional Air Partnership)的空气质量项目经理汤姆·摩尔(Tom Moore)解释说。西部地区空气伙伴关系由包括夏威夷在内的15个西部州组成。“像马克和其他人这样的专家能够走出去进行地面测量，然后将卫星和地面数据连接起来——这非常重要。它提供了一种校准点。
最终，Zondlo希望这个项目的结论能够帮助研究人员和政府官员利用卫星数据更好地了解火山爆发期间的空气质量。他指出，就在基拉韦厄火山对夏威夷造成严重破坏的同时，危地马拉富埃戈火山6月初的猛烈喷发造成至少75人死亡，数千人的空气质量受到影响。
“这能更广泛地推广到世界各地的其他火山吗?””Zondlo问道。他说，虽然夏威夷的空气质量监测网可能不够理想，但它比全球许多地区的监测网要好。他说:“我们希望利用卫星来帮助了解火山爆发时人们应该在何时何地关注。”