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战场之外:国民警卫队在科学和环境保护方面日益扩大的作用
大部分美国人在想到国民警卫队时,往往会想到救灾、海外部署或国内安全行动的形象。 然而,在这一众所周知的任务之下,一个更为安静、同样至关重要的角色是国民警卫队,即国民警卫队持续支持科学研究和环境监测。 从追踪工业事故后的有毒羽流到洪水事件期间部署流动实验室,国民警卫队现在成为军事准备和环境管理之间的关键桥梁。 这种双重用途的能力通过几十年的机构间合作而形成,将国民警卫队定位为联邦机构、大学和地方社区了解和保护我们自然世界的不可或缺的伙伴。
卫队在科学行动上的价值来自其独特的组织结构。 卫队驻扎在所有50个州、3个领地和哥伦比亚特区,提供一支分布在全国的快速部署部队,在文职小组无法到达时可以到达偏远或受损害地区。 这一地理足迹加上专门设备和技术专长,使得卫队能够支持研究和监测任务,否则,这些任务就不可能或仅是文职机构就过于昂贵。
国民警卫队的科学基础设施
卫队对科学研究最有贡献的一面是投资于可运输的实验室能力、专门检测设备和受过环境取样和分析培训的专职人员。 这些资产最初用于化学、生物、放射和核(化学、核)防御,但后来被重新用于或双重用途,以支持全国各地的环境监测任务。
移动实验室和外地可部署系统
许多州国民警卫队组织都设有移动实验室平台,这些平台可以在数小时内驱动、飞行或运往几乎任何地点。 这些自成一体的单位配备了气相色谱仪、质谱仪、化学分析仪和生物探测系统,能够识别空气、水和土壤样本中的污染物。 比如,在2010年深水地平线石油泄漏期间,路易斯安那州国民警卫队移动实验室支持了海湾沿岸的环境取样工作,向反应小组和联邦科学家提供了实时数据。
安全保卫部队的机动实验室机队包括地面车辆和集装箱系统,这些平台都是为了快速融入实地行动而设计的。 这些平台在严酷的环境中变硬,使得它们能够在民用实验室无法立足的极端热、冷或危险条件下运作。 最近升级增加了远程测量能力,使大学或联邦机构的科学家能够从数百英里外的事件指挥中心获取传感器数据和视频信息。
除了流动实验室,警卫部队还能够使用配备多光谱和热成像摄像机的无人驾驶飞机系统(drones),这些航空平台支持在难以步行或难以步行进入的地区进行植被健康评估、野生生物人口调查以及污染源识别,国民警卫局[积极推广使用无人驾驶飞机进行环境监测,认识到这些系统在军事培训和社区利益两方面的双重用途潜力。
专用设备和传感器网络
除了移动实验室之外,卫士还运行着一个不断增长的环境传感器网络,能够持续监测广大地理区域. 地面传感器跟踪空气质量参数,包括颗粒物,臭氧,二氧化氮和二氧化硫. 水监测站,与美国地质调查局(USGS)和国家环境机构合作部署,测量pH值,浊度,溶解氧,以及重金属或农业径流的存在.
许多传感器通过卫星或蜂窝网络传输数据,使警卫队人员能够远程保持对情况的认识,在发现异常的读数时,可以派出实地小组进行确认取样和分析,这种混合方法将持续监测与有针对性的反应结合起来,反映了持续监测的军事概念,并已证明对环境应用非常有效。
人文方面:人事专门知识和培训
国民警卫队的科学能力不可能没有现役军人。 与现役军事部队不同,国民警卫队主要由兼职公民士兵和航空兵组成,他们将科学、工程、公共卫生和环境管理方面的文职专业知识带到了他们的军事角色。 这种双重职业主义是国民警卫队在科学支援任务中的最大优势之一。
制服科学家
许多卫士成员拥有生物学、化学、地质学、环境科学、流行病学或公共卫生等高级学位。 在平民生涯中,他们为大学、联邦机构、私人实验室或环境咨询公司工作。 当他们被启动执行科学任务时,他们直接将专业技能和机构知识带到了实地,常常与来自同一当地社区的文职同行一起工作。
卫队还设有专门的科技小组。 比如,美国陆军的大规模毁灭性武器支援队(SMW-CST)是训练有素的专职国民警卫队,负责识别和评估化学、生物和放射性危害。 这些小组已经启动,以支持工业事故、化学溢出和自然灾害后的环境评估。 它们在危险评估和环境取样方面的专长直接转化为由平民主导的研究和监测工作。
与联邦机构交叉培训
保安部的科研人员经常与来自美国环境保护局(EPA)、美国地质测量局(USGS )、国家海洋和大气管理局(NOAA)以及各州环境部门的合作伙伴一起培训。 这些联合培训包括取样规程、监管链程序、数据管理标准、以及在受污染环境中工作的健康和安全规程。 其结果是一支能够无缝地融入民用主导的科学行动、并且极少监督的力量。
在许多州,卫队成员都参加模拟现实世界污染情景的年度环境监测演习。 这些演习的压力测试了卫队部署流动实验室、与联邦科学家建立通信联系、在时间压力下收集和分析样本以及将结果传递给决策者的能力。 从这些事件中吸取的经验教训被纳入了更新的程序和设备购置中。
全国各地的环境监测行动
国家卫队的环境监测任务包括空气质量、水质、土壤污染、野生动物健康和生态系统评估。 这些行动涉及从城市工业走廊到偏远荒野地区等一系列环境,并且是由突发紧急情况和持续研究需求引发的。
野火和工业事故期间空气质量监测
野火季在美国西部地区持续时间更长,燃烧更猛烈,已成为卫士环保行动的主要动力。 当野火覆盖着烟雾的社区时,卫士移动实验室会部署监测颗粒物质(PM2.5 ) 、 一氧化碳、挥发性有机化合物和其他有害空气污染物。 这一实时数据为公共卫生咨询、学校关闭决定以及针对老年人或呼吸状况不佳人群的指导提供了依据。
除了野火,卫兵空中监测队也应对工业火灾,化学释放,炼油厂事故. 2019年,德克萨斯州国民警卫队空中监测队在事故周边建立了取样站,以跟踪有毒羽流的移动,确保附近居民的安全. 其数据与地方卫生当局和环保局共享,帮助指导疏散和重返的决定.
警卫队还正在扩大其室内空气质量评估能力,特别是在学校、法院和应急避难所等公共建筑。 警卫队可以使用便携式仪器快速评估通风效果,并找出室内污染源,为社区和警卫队人员提供更健康的环境。
洪水和飓风后水质评估
洪水,无论是飓风、风暴潮还是河流溢流,都对水质构成直接威胁。 被污染的洪水可以将污水、农业化学品、重金属和工业污染物带入家园、饮用水供应和敏感的生态系统。 国民警卫队在描述这些危害和支持安全恢复方面发挥着核心作用。
卫水监测队从地表水,私人水井,以及市政水系收集样本,以测试细菌污染(大肠杆菌,E.coli],化学污染物,以及涡轮和pH等物理参数. 卡特里娜飓风过后,路易斯安那卫水队实验室处理了数千个水样,以指导有关饮用水安全和洪水管理的决定. 类似行动在飓风哈维,佛罗伦萨,迈克尔之后,多个州的卫水队部队都部署在支持受影响的社区.
警卫队还协助在水灾易发地区进行长期水质研究,与安保部合作研究利用警卫队收集的数据,模拟河流系统污染物的运输,并查明多季洪水期间水质的趋势,为水灾管理、农业最佳做法和基础设施规划提供信息。
土壤和沉积物评估
受污染的土壤和沉积物对环境造成持久危害,特别是在工业活动或军事训练遗留下来的地区。 国民警卫队的土壤取样和分析专门知识既支持环境补救项目,也支持土地使用规划的基准监测。
警卫队协助环保局和各州环境机构在超级基金、棕田和前军事设施进行土壤取样,其机动能力使取样工作能够加快时间,缩短现场鉴定和清理行动之间的时间,此外,警卫队还支持在河流、湖泊和沿海地区监测沉积物,帮助跟踪多氯联苯、汞和农药等污染物通过水生生态系统的移动情况。
在一些州,卫戍队与农业推广服务合作,监测农田土壤健康参数,包括营养水平、有机物含量和收缩。 这一数据支持可持续的耕作做法,并有助于确定保护措施可以减少流入水道的径流的地区。
与研究机构和联邦机构的合作
国民警卫队的科学行动并非孤立地进行。 成功的任务取决于与国内主要研究机构和联邦科学机构进行深入、持续的合作。 这些伙伴关系将国民警卫队的业务能力与学术和政府科学的分析深度和长远观点结合起来。
大学伙伴关系
许多州国民警卫队已经与本州内的大学签订了正式协议,支持联合研究项目、学生培训机会和技术开发。 这些伙伴关系使大学科学家能够进入警卫队的战地能力,而警卫队人员则受益于最新的科学方法和分析技术。
比如阿拉斯加费尔班克斯大学,研究人员与阿拉斯加国民警卫队合作,在北极和亚北极地区开展环境监测项目。 警卫飞机为偏远的野外地点提供运输,警卫队人员协助在具有挑战性的地形和天气方面进行后勤取样。 这一伙伴关系使得人们得以研究永久冻冻土冻土、海岸侵蚀、野生动物迁移模式以及气候变化对阿拉斯加地貌的影响。
其他大学也制定了联合培训方案,认证卫队成员在环境取样方法、数据管理和质量保证协议方面的素质。 这些方案创造了一批受过培训的人员,他们可以立即为科学任务做出贡献,同时也培养技能,在他们服役后转入平民环境职业。
机构间数据分享和协调
警卫在环境任务期间收集的数据通常与环保局、美国地质测量局、诺阿和美国森林局等联邦机构共享,这种整合确保警卫收集的信息有助于更广泛的科学数据集,并为国家环境评估提供信息,警卫还参与联邦信息共享平台,包括环境反应管理应用系统(ERMA)和国家水信息系统(NWIS)。
在重大事件中,卫士在数据收集和传输方面的作用变得尤为重要。 当通信网络受到灾害破坏时,卫士卫星通信系统确保环境数据继续从实地小组流向指挥中心和联邦科学家。 这种复原力在飓风、地震和其他破坏民用基础设施的事件期间证明至关重要。
教育外联和社区参与
国民警卫队对科学的承诺超越了行动任务,而扩展到教育和社区外联。 国民警卫队通过学校计划、公共活动和青年发展举措,促进环境知识的普及,并鼓励下一代科学家和环境管理者。
STEM 教育和青年方案
保安人员经常访问学校,介绍环境监测职业、应急科学以及保护自然资源的重要性。 这些演讲往往包括采样设备、传感器技术和数据分析软件的亲身示范。 保安人员参与STEM教育在农村和服务不足的社区影响特别大,因为学生在科学职业方面接触有限。
国民警卫队还支持青年发展方案,如青年Challenge学院,该学院将环境科学单元纳入其课程。 学生们学习水质测试、空气监测和生态系统健康,在培养环境责任感的同时掌握实用技能。 一些青年Challenge方案包括实地考察警卫环境监测地点,让学生直接体验科学实地工作。
社区科学和公民监测倡议
在一些州,卫队与社区科学组织合作,扩大环境监测的范围。 卫队人员培训志愿者掌握基本的取样技术,然后将公民收集的数据纳入更广泛的监测网络。 这一方法扩大了地理覆盖范围和社区参与,同时通过专业监督提供宝贵的质量控制。
此类伙伴关系在跟踪入侵物种、监测社区流域水质以及记录当地野生动物数量变化方面特别有效。 保护局的参与为公民收集的数据提供了可信度,并确保社区监测工作符合研究和监管合规的专业标准。
新兴特派团和未来方向
随着环境挑战的演进,国民警卫队正在调整其科学能力以满足新的需求。 气候变化、新兴污染物以及实时环境情报需求正在推动国民警卫队科技计划的创新。
气候变化适应和复原力
气候变化正在增加护卫部队已经应对的许多环境危害的频率和严重程度,包括野火、洪水、热浪和沿海风暴。 护卫部队正在通过投资专门跟踪与气候有关的变量的监测系统来应对,如海平面上升、永久冻冻、干旱严重性和生态系统变化。 这一数据支持州和联邦的气候适应规划,同时也培训护卫部队人员在不断变化的环境条件下运作。
几个州卫队正在参与评估军事设施易受气候影响(包括洪水、极端热量和野火)的试点方案。 为这些评估开发的环境监测能力直接应用于民用基础设施保护和社区复原力规划。
新兴污染物:PFAS和微塑料
警卫队越来越多地被要求支持对新兴污染物的研究,特别是全氟烷基物质和微塑料的研究,这些污染物构成复杂的分析挑战,需要专门的取样和分析技术,警卫移动实验室正在升级,配备能够探测低浓度全氟烷基物质的仪器,警卫队人员正在接受适当的取样规程培训,以尽量减少交叉污染。
与美国地质测量局和环保局的研究伙伴关系正在探索不同区域地下水、地表水和土壤中PFAS的分布和归宿。 由军训地点、机场和工业区收集的警卫样本有助于了解PFAS污染情况并通报补救战略。 类似工作也在进行,以描述淡水系统微塑料污染的特点,警卫单位支持样本的收集和处理。
人工智能与实时分析的整合
卫视探索利用人工智能和机器学习来提高环境数据分析的速度和准确性. AI系统可以处理远程传感器数据,识别异常,并优先抽取样本进行人类分析,缩短探测与干预之间的时间. 试点项目正在利用卫视传感器的光谱数据测试基于AI的空载粒子分类,在野火事件期间改善空气质量预报有希望的结果.
实时分析平台也在开发中,以便将Guard传感器数据与公共卫生和环境管理系统相结合。 这些平台旨在收集样本后几分钟内为决策者提供可操作的信息,这比传统的实验室周转时间有了显著的改善。 Guard的分布式移动基础设施使其成为这些下一代监测技术的理想测试台。
结论
国民警卫队在科学研究和环境监测中的作用已经从次要任务发展成为主要的行动能力,而国家对环境情报的需求也日益增长。 国民警卫队拥有流动实验室、专门人员、机构间伙伴关系和社区接触方案,在军事准备和环境管理的交汇点占据了独特的空间。
无论是支持大学研究人员研究北极生态系统、与环保局科学家一起应对化学溢出,还是在灾难性野火中监测空气质量,卫士都带来了纪律、技术技能和对任务成功的坚定承诺。 随着未来几年环境挑战的加剧,卫士的科学贡献只会对国家的复原力和地球的健康更加重要。
对于研究人员、决策者和寻求环境科学伙伴的社区,国民警卫队不仅作为国家的捍卫者,而且作为国家自然遗产的管理者,随时准备采取行动。