اندازه گیری آلودگی هوا با سنجش از دور

سنجش از دور به‌صورت گسترده در زمینه محیط‌زیست از جمله آلودگی هوا و آلودگی آب می‌تواند کاربرد داشته باشد. باتوجه‌به توسعه و بعد از انقلاب صنعتی امروزی آلودگی محیط زیستی در سراسر جهان بیشتر و جدی‌تر شده است به‌گونه‌ای که آلودگی محیط‌زیست دغدغه ماست زیرا تمام فعالیت‌های روزانه مربوط به محیط‌زیست است. یکی از مهم‌ترین پارامتر آلودگی محیط‌زیست آلودگی هوا است. باتوجه‌به اهمیت این موضوع ما مقاله کاربردی اندازه گیری آلودگی هوا با سنجش از دور برای دوست دارد این رشته آماده کرده‌ایم.

آلودگی هوا

آلودگی هوا از مهم‌ترین مشکلات زیست‌محیطی است که در بیشتر شهرها رخ خواهد داد. آلودگی هوا در شهرهای آسیایی با پیشرفت صنعتی‌شدن و شهرنشینی افزایش‌یافته است. کشور ما ایران نیز از این مورد مستثنی نبوده و شاهد این هستیم که هرساله در کلان‌شهرهای ما شاهد این عامل هستیم. آلودگی هوا اشاره به آلاینده‌های موجود در هوا دارد. استاندارد کیفیت هوا به ذرات معلق قابل تنفس (PM) اشاره می‌کنند که ذرات معلق در هوا با قطر کمتر از 10 میکرومتر هستند.

آلاینده‌هایی که در هوا وجود دارد می‌تواند برای سلامتی ما انسان‌ها و سایر موجودات بسیار مضر باشد. طبق ادعای سازمان جهانی بهداشت (WHO) از هر 10 نفر 9 نفر آنها هوایی که تنفس می‌کنند امروزه شرایط استاندارد ندارد. طبق گزارش‌های همین سازمان سالانه حدود 7 میلیون نفر درگیر بیماری‌های تنفسی هستند که باعث مرگ آنها خواهد شد.

بیشتر آلودگی‌های هوا ناشی از تولید و مصرف زیاد انرژی است. سوخت‌های فسیلی گازها و مواد شیمیایی را در هوا آزاد می کندو در یک حلقه کاملاً مخرب آلودگی هوا باعث تغییرات آب‌وهوایی و تشدید این عامل می‌شود. اما اگر بخواهیم در مورد عوامل ایجاد آلودگی هوا مواردی را نام ببریم می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم.

عوامل ایجاد الاینده های هوا

• سوزاندن سوخت‌های فسیلی
• مصارف صنعتی و گازهای تولیدی آن مخصوصاً دی‌اکسیدکربن
• سیستم‌های حمل‌ونقل و ماشین‌آلات
• آتش‌سوزی جنگل‌ها و مراتع (منابع طبیعی)
• سوزاندن زباله‌ها در محیط‌های باز
• پوسیدگی‌های بیولوژیکی
• فعالیت‌های کشاورزی از جمله آفت‌کش‌ها
• محصولات مصنوعی و شیمیایی در جهان صنعتی

 

اندازه گیری آلودگی هوا با سنجش از دور

سنجش از دور به‌صورت گسترده‌ای در مطالعات محیط‌زیست از جمله آلودگی هوا کاربرد دارد. باتوجه‌به اینکه امواج خورشیدی بر ثبت توسط سنجنده باید از اتمسفر عبور کند لذا تحت‌تأثیر ذرات اتمسفر هستند که می‌توانیم در اندازه گیری این عوامل سنجش از دور به ما کمک زیادی کند. اما عامل شاید مهم دلیل استفاده از سنجش از دور باشد اما دلایل دیگری نیز برای استفاده از سنجش از دور در زمینه اندازه گیری آلودگی هوا وجود دارد.

آلودگی هوا از جمله پارامترهایی است که تغییرات مکانی و زمانی زیادی دارد. این تغییرات زیاد این پارامترهای و مضرات زیاد آن، نبود ایستگاه‌های زمینی با توزیع زمانی و مکانی مناسب باعث شده که ما به سمت علوم دیگری هدایت شویم. شاید مهم‌ترین علومی که در این زمینه به ما کمک می‌کند سنجش از دور است. سنجش از دور علم دست آوردن اطلاعات در مورد اشیاء و پدیده‌های سطح زمین بدون تماس مستقیم با آنها است.

باتوجه‌به ویژگی‌های منحصربه‌فرد سنجش از دور یعنی تکرارپذیری، جامعیت، دسترسی به داده‌های گذشته، عدم وابسته بودن به مرزهای جغرافیایی در بحث آلودگی هوا خیلی می‌تواند کمک‌رسان باشد. آلودگی عاملی است که با جریانات هوا انتقال بالایی دارد. برای شناسایی منشأ آلودگی شاید سایر کشورها اطلاعات خود را در اختیار سایر کشورها قرار ندهند اما سنجش‌ازدور این محدودیت‌ها را ندارد. با سنجش از دور می‌توان به داده‌های گذشته دسترسی پیدا کرد. با سنجش از دور می‌توان به‌صورت پیوسته آلودگی هوا را مورد بررسی قرارداد و منشأ آنها پیدا کرد.

تأثیرات اتمسفر بر امواج بازتابی

برای اینکه تأثیرات اتمسفر را درک کنیم لازم است که یک‌بار در مورد سیکل حرکتی امواج خورشیدی تا ثبت توسط سنسورها مطالبی ارائه دهیم. ما قبلاً در مقاله تصحیحات اتمسفری و رادیومتریکی به زبان ساده به‌صورت کامل درمورد آن مطالبی ارائه داده‌ایم اما خلاصه‌ای از آن ارائه خواهد شد.

امواج خورشیدی زمانی که به سمت پدیده می‌آید از اتمسفر عبور می‌کند و زمانی که بازتاب پدیده‌ها به سمت سنجنده می‌رود با از اتمسفر عبور می‌کند. این یعنی اینکه اتمسفر می‌تواند تأثیرات زیادی بر امواج داشته باشد. این ذرات موجود در تروپوسفر در جذب و پخش امواج تأثیرات دارند. اما با توجه اینکه ما پنجره اتمسفری داریم می‌شود گفت که خیلی فرایند جذب نداریم و بیشتر تأثیرات از نوع پخش اتمسفری است؛ لذا می‌توان با داشتن بازتاب سطحی و مقدار ثبت شده توسط سنسور یا همان رادیانس آلودگی هوا را مورد بررسی قرارداد.

اگر هدف شما پایش آلودگی هوا است به شما دور محصول آموزشی زیر را توصیه می‌کنیم:

پایش آلودگی هوا با تصاویر ماهواره ای Sentinel-5 در سامانه گوگل ارث انجین

شناسایی و پایش سری زمانی گرد و غبار با تصاویر مودیس (MODIS) در گوگل ارث انجین

لیست سنجنده‌هایی که در زمینه اندازه گیری آلودگی هوا با سنجش از دور کاربرد دارند

آغاز پایش آلودگی هوا را می‌توان با تصاویر ماهواره‌ای با رزولوشن بالایی لندست، سنجنده AVHRR و GOES دانست. البته این ابزارها برای پایش سطح زمین طراحی شده بودند اما از آنها برای بررسی سولفات‌های آتشفشانی استفاده می‌کردند. آغاز پایش اتمسفر با طراحی سنجنده مخصوص به آن در سال 2008 آغاز و ماهواره نم بوس با سنجنده Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS)بود. در زیر لیست از سنجنده‌هایی که برای پایش آلودگی هوا مورداستفاده قرار گرفته است را عنوان خواهیم کرد.

سنجنده GOME-1

ویژگی‌های آن:
بر روی ماهواره ERS-2 قرار دارد
توان تفکیک مکانی : 320×40 km
توان تفکیک زمانی: 3 روزه
نوع گازهای شناسایی: NO2, SO2, AOT and O3
تاریخ قرارگرفتن در مدار: 1995

سنجنده MODIS

ویژگی‌های آن:
ماهواره:  Terra
توان تفکیک مکانی آن 0.25-1 km
توان تفکیک زمانی: 1 تا دو روزه
نوع گازهای شناسایی: AOT (ضخامت نوری آئروسل)
تاریخ قرارگرفتن در مدار: 1999

سنجنده MISR

ویژگی‌های آن:
ماهواره: Terra
توان تفکیک مکانی : 0.275 کیلومتر
توان تفکیک زمانی: 9 روزه
نوع گازهای شناسایی: AOT (ضخامت نوری آئروسل)
تاریخ قرار گرفتن در مدار: 1999

سنجنده MOPITT

ویژگی های آن:
ماهواره: Terra
توان تفکیک مکانی : 22×22 km
توان تفکیک زمانی: 3 روزه
نوع گاز هایی شناسایی: CO and NH4
تاریخ قرار گرفتن در مدار: 1999

سنجنده SCIMACHY

ویژگی های آن:
ماهواره:  ENVISAT
توان تفکیک مکانی : 30×60 km
توان تفکیک زمانی: 6 روزه
نوع گاز هایی شناسایی: NO2 and SO2
تاریخ قرار گرفتن در مدار: 2002

سنجنده OMI

ویژگی های آن:
ماهواره:  Aura
توان تفکیک مکانی : 13×24 km
توان تفکیک زمانی: 1 روزه
نوع گاز هایی شناسایی: O3, SO2, HCHO, and NO
تاریخ قرار گرفتن در مدار: 2004

سنجنده TES

ویژگی های آن:
ماهواره:  Aura
توان تفکیک مکانی : 5×8 km
توان تفکیک زمانی: 2 روزه
نوع گاز هایی شناسایی: O3, CO, CO2, and NH3
تاریخ قرار گرفتن در مدار: 2004

سنجنده GOME-2

ویژگی های آن:
ماهواره:  MetOP
توان تفکیک مکانی : 40×80 km
توان تفکیک زمانی: 1.5 روزه
نوع گازهای شناسایی: NO2, SO2, AOT and O3
تاریخ قرارگرفتن در مدار:—-

سنجنده IASI

ویژگی‌های آن:
ماهواره:  MetOP
توان تفکیک مکانی : 50×50 km
توان تفکیک زمانی: نیم روز
نوع گازهای شناسایی: SO2, CO, NH3, NH4 and CO2
تاریخ قرارگرفتن در مدار:—

سنجنده TROPOMI

ویژگی‌های آن:
ماهواره:  Sentinel-5P
توان تفکیک مکانی : 3.5×7 km
توان تفکیک زمانی: نیم روز
نوع گازهای شناسایی: O3, NO2, SO2, CO, NH4, and formaldehyde
تاریخ قرارگرفتن در مدار: 2017

لیست از گازهایی که می‌توان با سنجش از دور مورد پایش قرارداد

دی‌اکسید کرین (CO2)

این گاز جزء آلاینده‌های هوا محسوب نمی‌شود اما باتوجه‌به اهمیت بسیار بالایی که در تغییرات آب‌وهوایی دارد از آن استفاده می‌کنند. این گاز عامل اصلی در اثر گلخانه‌ای است و همواره پایش آن از اهمیت بسیار زیادی برخوردار بوده است. طبق گزارش‌ها در 7 سال اخیر چیزی حدود 10 درصد این گاز افزایش داشته است.

کربن منو اکسید (CO)

Carbon Monoxide به‌عنوان قاتل خاموش شناخته می‌شود از این گاز به‌عنوان سمی‌ترین گاز در قرن 21 اسم برده می‌شود. کربن منو اکسید از طریق سوختن ناقص ترکیباتی از کربن مانند بنزین، گاز طبیعی، نفت، زغال‌سنگ و چوب تشکیل می‌شود. معمولاً بزرگ‌ترین منبع کربن منو اکسید گازهای گلخانه‌ای وسایل نقلیه نظیر خودروهای سواری است.

ترکیب نیتروژن (NO)

اکسید نیتروژن (NO) و دی‌اکسید نیتروژن (NO2) از سوزاندن زیست‌توده، احتراق سوخت‌های فسیلی، روشنایی و خاک تولید می‌شوند. NO2 یک عامل حیاتی در تجزیه ازن (O3) در استراتوسفر است. اکسید نیتروژن و NO2 پیشینیان اصلی در زنجیره‌های واکنش شیمیایی هستند که O3 را در تروپوسفر تشکیل می‌دهد. قرارگرفتن طولانی‌مدت در معرض NO2 عملکرد ریه را کاهش می‌دهد و خطر ابتلا به بیماری‌های تنفسی را ایجاد می‌کند.

ازن (O3)

ازن گازی است که دارای سه اتم اکسیژن است. از طریق واکنش‌های شیمیایی بین نور خورشید، ترکیبات آلی فرار (VOCs) و اکسیدهای نیتروژن تولید می‌شود. این ترکیبات از طریق فعالیت‌های انسانی مانند سوزاندن سوخت‌های فسیلی به وجود می‌آیند. ازن در استراتوسفر وجود دارد تا از زمین در برابر پرتوهای فرابنفش بیش از حد محافظت کند. درحالی‌که ازن در نزدیکی سطح زمین باعث آسیب به گیاهان می‌شود و تأثیر بدی بر سلامت انسان دارد زیرا با بافت ریه واکنش نشان می‌دهد که منجر به آسیب به بافت ریه و مشکلات تنفسی می‌شود.

دی‌اکسید گوگرد (SO2)

دی‌اکسید گوگرد (SO2) یک ماده تشکیل‌دهنده جو است که در اثر فوران آتشفشان‌ها یا احتراق سوخت فسیلی به وجود می‌آید. به‌سرعت به اسیدسولفوریک تبدیل می‌شود که باعث آلودگی اسیدی دریاچه‌ها و نهرها می‌شود و یک آئروسل تشکیل می‌دهد که باعث تغییر آب‌وهوا می‌شود. طول عمر SO2 در هوا از ساعت‌ها در لایه مرزی تا چند روز در تروپوسفر و یک ماه در استراتوسفر متغیر است.

احتراق سوخت فسیلی تقریباً 80 درصد SO2 را تشکیل می‌دهد. بااین‌حال، مقدار کمی از SO2 تولید شده توسط فوران‌های آتشفشانی در استراتوسفر برای بیش از یک سال باقی می‌ماند. SO2 با عمر طولانی تولید شده توسط آتشفشان‌ها نسبت به SO2 تولید شده از احتراق سوخت فسیلی تأثیر قوی‌تری بر آب‌وهوای جهانی دارد. برای آلودگی هوا، سولفات باران اسیدی تولید می‌کند و باعث تخریب محیط‌زیست می‌شود. SO2 بر سلامت انسان تأثیر می‌گذارد. باعث تنگی نفس، سرفه و خس‌خس سینه می‌شود.

ضخامت نوری آئروسل (AOT)

ضخامت نوری آئروسل (AOT) پارامتر کلیدی برای ارزیابی آلودگی اتمسفر در نظر گرفته می‌شود. AOT به‌عنوان “درجه‌ای که آئروسل‌ها از انتقال نور جلوگیری می‌کنند” تعریف می‌شود. مقادیر AOT مربوط به‌اندازه گیری PM10 و PM2.5 است. مقادیر بالای AOT نشان‌دهنده آلودگی بالای هوا است.

 

آمونیاک (NH3)

وجود آمونیاک آزاد در جو از طریق تأثیر آن بر هوا بر سلامت انسان تأثیر می‌گذارد، اگرچه آمونیاک نقش مهمی در چرخه نیتروژن و تشکیل آئروسل دارد. منابع تولید NH3 بخش کشاورزی، منابع طبیعی، سوزاندن سوخت‌های فسیلی و سوزاندن زیست‌توده هستند. NH3 عمر بسیار کوتاهی دارد (حدود 11 ساعت)؛ بنابراین اثر محیطی اصلی آمونیاک آزاد تولید ذرات معلق (PM) است زیرا NH3 با اسیدهایی مانند سولفات و نیترات واکنش می‌دهد که منجر به افزایش PM می‌شود.

ذرات معلق (PM)

اصطلاحی است که برای مجموع ذرات جامع و مایع در جو مورداستفاده قرار می‌گیرد. برخی از ذرات مانند گردوغبار، خاک، دوده یا دود به‌اندازه کافی بزرگ یا تیره هستند که با چشم غیرمسلح دیده می‌شوند. برخی دیگر آن‌قدر کوچک هستند که فقط با استفاده از میکروسکوپ الکترونی قابل تشخیص هستند.

خلاصه
ما در این مقاله سعی کردیم که در مورد آلودگی هوا و نقش سنجش از دور در پایش آلودگی هوا بحث کنیم. در این مقاله کاربردی لیست از گازهایی که با تصاویر ماهواره‌ای قابل‌شناسایی هستند و همچنین لیست سنجنده‌هایی که در زمینه پایش آلودگی هوا استفاده می‌شوند را عنوان کردیم. در پایان از شما عزیزان و علاقه‌مندان به مدرسه سنجش از دور می‌خواهیم که نظرات خود را در داخل کامنت‌ها برای ما بنویسند.