Исследовательская группа из Института химии Макса Планка в Майнце и Гейдельбергского университета впервые использовала немецкий экологический спутник EnMAP (Программа картографирования и анализа окружающей среды) для одновременного обнаружения двух ключевых загрязнителей воздуха - диоксида углерода (CO2) и диоксида азота (NO2) в шлейфах выбросов из электростанции - с беспрецедентным пространственным разрешением всего в 30 метров. Недавно разработанный метод позволяет с большой точностью отслеживать промышленные выбросы из космоса и позволяет детально анализировать атмосферные процессы. Результаты были опубликованы в журнале Environmental Research Letters.
Ключевые моменты исследования
Диоксид углерода (CO2) и оксиды азота (NOX) являются одними из наиболее значительных антропогенных загрязнителей воздуха, оказывающих воздействие на климат, здоровье и качество воздуха. Спутниковые измерения считаются ключевым инструментом независимого мониторинга выбросов. Однако ранее они были подвержены значительным ограничениям: многие датчики имеют слишком грубое пространственное разрешение для надежного обнаружения изолированных источников выбросов, таких как электростанции. Атмосферные процессы, такие как облака или химическая реакция оксидов азота, также усложняют интерпретацию данных. В случае CO2 высокие фоновые значения часто маскируют относительно слабые сигналы выбросов.
Поскольку NO2 и CO2 выбрасываются вместе, измерения NO2 часто используются для оценки выбросов CO2 на основе известных коэффициентов выбросов. Однако до сих пор не существовало прибора, способного обнаруживать оба газа одновременно с высоким пространственным разрешением. Представленный сейчас метод устраняет этот пробел: впервые оба газа могут быть измерены одновременно и с высоким разрешением непосредственно над источниками выбросов - и точно определено их соотношение. Это открывает возможности для более прозрачного и независимого спутникового мониторинга выбросов.
EnMAP: перспективы с высоким разрешением
Атмосферные остаточные газы, такие как CO2 и NO2, оставляют характерные следы поглощения при солнечном свете, которые можно обнаружить с помощью спектрометров. Приборы с очень высоким спектральным разрешением обычно используются для спутниковых измерений. Они могут анализировать тонкие структуры поглощения газов в отраженном солнечном свете, но обычно достигают пространственного разрешения всего в три-пять километров.
Напротив, немецкий спутник наблюдения Земли EnMAP изначально был разработан для дистанционного зондирования поверхности суши. Он обеспечивает изображения с исключительно высоким уровнем пространственной детализации размером 30 х 30 метров, но имеет сравнительно низкое спектральное разрешение.
Новое исследование теперь демонстрирует, что - вопреки предыдущим предположениям - надежные измерения остаточных газов возможны даже с помощью прибора, специально не предназначенного для атмосферных наблюдений. "Используя данные EnMAP, мы смогли определить распределение CO2 и NO2 в шлейфах выбросов от отдельных электростанций - например, от электростанций в Саудовской Аравии и в южноафриканском регионе Хайвелд, одном из крупнейших в мире очагов выбросов", - объясняет Кристиан Боргер, первый автор исследования. автор исследования и до недавнего времени постдокторский исследователь в группе спутникового дистанционного зондирования в Институте химии Макса Планка. Сейчас он работает в Европейском центре среднесрочных прогнозов погоды (ECMWF) в Бонне.
От измерения к применению
Это означает, что спутник EnMAP можно использовать для определения выбросов CO2 и NOX от отдельных электростанций одновременно и с высоким разрешением. Кроме того, из этого нельзя вывести никаких соотношений x/CO2, которые позволяют сделать выводы о технологии, эффективности и режиме работы систем. В будущем такие коэффициенты можно было бы использовать для оценки выбросов CO2 исключительно на основе данных NO2.
Полученные данные также позволяют по-новому взглянуть на химическое превращение NO в NO2 в шлейфах выбросов. До сих пор этот центральный процесс в химии атмосферы можно было изучить только с помощью сложных кампаний по измерению с помощью самолетов. Использование спутниковых данных имеет серьезные преимущества в этом контексте, поскольку оно позволяет осуществлять глобальное, последовательное и сопоставимое обнаружение промышленных выбросов загрязняющих веществ.
Стимул для новых миссий
"Наше исследование показывает, как спутники с высоким пространственным разрешением могут способствовать целенаправленному мониторингу промышленных выбросов в будущем - в дополнение к крупномасштабным миссиям, таким как европейский спутник CO2M", - резюмирует руководитель группы Томас Вагнер. Экологический спутник EnMAP открывает новые перспективы для глобальной спутниковой системы мониторинга загрязнителей воздуха и парниковых газов.
Комментарии