В новаторском исследовании исследователи использовали спутники Landsat и Sentinel-2 для точного определения и количественного определения выбросов оксидов азота (NOx) электростанциями с беспрецедентной точностью. Эти спутники, первоначально предназначенные для геодезической съемки, теперь обещают использоваться для мониторинга окружающей среды, предлагая новый инструмент в борьбе с загрязнением воздуха.

Спутник Sentinel-2, являющийся частью программы Европейского космического агентства Copernicus, предназначен для наблюдения Земли и мониторинга окружающей среды. Он оснащен мультиспектральным формирователем изображений высокого разрешения с несколькими спектральными диапазонами, что позволяет ему получать подробные изображения поверхности Земли.

Sentinel-2 может отслеживать состояние растительности, обнаруживать изменения в растительном покрове и оценивать последствия стихийных бедствий, таких как наводнения и лесные пожары. Он предоставляет частые и высококачественные данные и уже играет жизненно важную роль в поддержке усилий по устойчивому управлению земельными ресурсами и защите окружающей среды во всем мире.

Но он может сделать больше.

Группа исследователей под руководством Дэниела Варона из Гарварда использовала его для картирования NOx — оксидов азота, серьезных загрязнителей, которые способствуют ухудшению качества воздуха и изменению климата.

Наблюдение за выбросами вокруг заводов

Исследование было сосредоточено на нескольких электростанциях в Саудовской Аравии и США, включая комплексный 13-летний анализ электростанции Riyadh Power Plant 9. Эта электростанция, которая использует комбинацию сырой нефти, природного газа и дизельного топлива, показала значительные выбросы NOx, которые были обнаружены спутниками Landsat и Sentinel-2.

Однопроходное наблюдение продемонстрировало способность спутников обнаруживать загрязнение даже в такой сложной городской среде.

«Эта неожиданная возможность означает, что Landsat и Sentinel-2 могут использоваться для обнаружения выбросов диоксида азота с высоким пространственным разрешением, что особенно полезно в городских районах, где источники загрязнения многочисленны и расположены близко друг к другу.

«Наши результаты повышают полезность спутников Sentinel-2, позволяя им вносить свой вклад в мониторинг качества воздуха путем точного определения источников загрязнения, что было сложной задачей для традиционных спутниковых приборов, чувствительных к диоксиду азота».

Исследование не только дало количественную оценку выбросов, но также выявило сезонные и долгосрочные тенденции. Например, данные показали сильный летний пик выбросов на электростанции №9 в Эр-Рияде, вероятно, из-за увеличения использования кондиционеров в жаркие месяцы. За 13-летний период наблюдалось небольшое снижение выбросов после введения в Саудовской Аравии стандарта окружающего воздуха в 2012 году.

Не предназначен для этого

Исследователи использовали хитрый метод, включающий определенные части датчиков спутников, называемые синими и ультрасиними полосами, которые особенно эффективны при обнаружении диоксида азота (NO₂) в атмосфере. Когда спутник делает снимки, он измеряет, сколько света отражается от поверхности Земли. Сосредоточившись на свете в синем и ультрасинем диапазонах, они могут увидеть, сколько NO₂ присутствует, потому что НЕТ₂ поглощает свет в этих полосах.

Чтобы выяснить, сколько НЕТ₂ находится в воздухе, ученые сравнили измерения освещенности в районах с NO₂ шлейфы в аналогичные области без этих шлейфов (так называемые эталонные сцены). Это сравнение помогает им увидеть разницу, вызванную НЕТ.₂. По этой разнице можно рассчитать концентрацию NO.₂ в атмосферу и определить уровень выбросов из таких источников, как электростанции.

Идея отслеживания выбросов с помощью спутников имеет решающее значение. Измерение выбросов со спутников обеспечивает комплексный и точный способ мониторинга загрязнения воздуха в глобальном масштабе. Проблема в том, что запуск спутников для мониторинга загрязнения и выбросов обходится дорого. Но это исследование показывает, что некоторые существующие спутники, изначально не предназначенные для этого применения, также могут предоставлять полезную информацию о загрязнении атмосферы и выбросах.

Что еще лучше, в ближайшее время будет запущена миссия Sentinel-2C, следующая за Sentinel-2A и -2B. По данным Европейского космического агентства, с высоты 786 км спутник «С» будет обеспечивать непрерывное изображение в 13 спектральных диапазонах.

Ссылка в журнале: Дэниел Дж. Варон и др., Количественное определение NO_Икс точечные источники со спутниками Landsat и Sentinel-2 по наблюдениям NO₂ шлейфы, Труды Национальной академии наук (2024). DOI: 10.1073/pnas.2317077121