Інформаційна довідка

«Супутниковий моніторинг основних забруднювачів атмосфери та парникових газів»

Національним центром управління та випробувань космічних засобів (НЦУВКЗ) проведено супутниковий моніторинг основних забруднювачів атмосфери та джерел викидів парникових газів по території України за 2020 р.

За результатами щоденного моніторингу атмосфери, що здійснювався супутником Sentinel-5P створено веб-додатки, що відображають просторовий розподіл діоксиду азоту (NO₂) у тропосфері, монооксиду вуглецю (CO) та метану (CH₄) в атмосфері.

• 

• 

• 

Особливості розробки і функціонування веб-додатків. У кожному з додатків реалізовано 12 інтерактивних мап з шаром усередненого просторового розподілу забруднювачів атмосфери за кожен місяць 2020 р. та можливістю побудови графіку зміни концентрації газів по будь-якій території (точка з буфером 20 км). Графік будується зліва від основного вікна додатку після «кліку» на визначеній точці інтересу.

Веб-додатки дають можливість визначати рівень та тенденції забруднень як у регіональному, так і глобальному масштабі. Веб-додатки доступні за URL:

https://arr55005.users.earthengine.app/view/no212gridmap

https://arr55005.users.earthengine.app/view/co12gridmap

https://arr55005.users.earthengine.app/view/ch412gridmap

Веб-додатки створено з використанням конструктора додатків та API Earth Engine Apps. У веб-додатках реалізовано можливість динамічної зміни масштабу та візуалізації часового ряду концентрації забруднювачів атмосфери (побудова графіку змін показника в часі з використанням всіх наявних даних супутника Sentinel-5P за 2020 рік).

Для перегляду або взаємодії з опублікованими додатками не потрібна реєстрація чи установка спеціалізованого програмного забезпечення.

Супутникові дані, що використовуються у додатках сконцентровані у хмарній платформі для геопросторового аналізу даних Google Earth Engine (GEE). Платформа GEE представляє набори даних із зазначенням географічної та часової прив’язки, які можна відкрити на карті у вигляді шарів так, як це виконується в ГІС-системах (ArcGIS, QGis тощо).

Для створення інтерактивних шарів мап було використано:

5178 наборів даних Image COPERNICUS/S5P/OFFL/L3_NO2;

5183 наборів даних Image COPERNICUS/S5P/OFFL/L3_CO;

4867 наборів даних Image COPERNICUS/S5P/OFFL/L3_CH4.

Посилання на ID всіх наборів даних, що були використані, містяться у лівій панелі кожного додатку. Для фільтрації випадкових помилок вимірювань та зниження впливу атмосферних умов на виміри у додатках представлено усередненні дані за місяць. Рівень забруднення представлено в моль/м² вертикального стовпа тропосфери/атмосфери та ppb.

У найближчій перспективі НЦУВКЗ буде створено подібні додатки для візуалізації просторового розподілу у атмосфері Землі діоксиду сірки (SO₂), формальдегіду (HCHO) та озону (O₃).

Довідково: В розробці додатків використовувались дані з супутника Sentinel-5P, що є частиною програми моніторингу Copernicus, яка є спільним проектом Єврокомісії та Європейського космічного агентства (ESA). Супутникові дані щодо хімічного складу атмосфери Землі з високим просторово-часовим розрізненням (Таблиця 1) дають можливість щоденно визначати концентрацію та розповсюдження основних забруднювачів атмосфери та парникових газів для моніторингу змін клімату та прогнозування.

Таблиця 1 – Основні характеристики

Результати моніторингу:

Протягом 2020 р. за результатами супутникового моніторингу атмосфери виявлено вищі значення NO₂ у тропосфері відносно фонових показників: у промислових районах Донецької обл. (Донецьк, Харцизьк, Слов’янськ, Новий Світ, Маріуполь, Курахове, Світлодарськ), Луганської обл. (Луганськ, Алчевськ, Сєвєродонецьк), Дніпропетровської (Дніпро, Кам’янське, Кривий Ріг), у північній частині Запорізької обл. (Запоріжжя, Енергодар), а також у містах Київ, Львів, Бурштин, Івано-Франківськ, Черкаси, Горішні Плавні, Харків, Одеса та їх окремих районах.

Вищі значення CO в атмосфері відносно фонових спостерігаються у містах: Маріуполь, Запоріжжя, Кривий Ріг, Енергодар та їх районах. Більш низькі значення – на території Західної України та південній частині Кримського півострову.

Метан (CH₄) є третім парниковим газом, після водяного пару та вуглекислого газу за ступенем впливу на тепловий баланс атмосфери Землі. Основне надходження його в атмосферу відбувається внаслідок витоків газу при видобутку та транспортуванні, також його виділяють підприємства хімічної промисловості, полігони твердих побутових відходів, водні угіддя де відбувається анаеробне розкладання.

За результатами супутникового моніторингу, підвищені концентрації метану в атмосфері відносно фонових рівнів спостерігаються у Північно-Східній та Південній частині України у період з серпня по листопад.

Висновки:

Активний розвиток ГІС та ДЗЗ призвів до накопичення великого обсягу структурованої інформації, в тому числі, супутникових даних щодо забруднень атмосфери. Обробка таких даних за тривалі часові проміжки, зважаючи на їх великі обсяги, є дуже складним і ресурсоємним завданням.

За таких обставин, найбільш доступним рішенням є використання хмарних платформ, що дозволяють поєднувати в собі супутникові і геопросторові дані, і проводити їх глибинний аналіз.

Використання супутникових даних супутника Sentinel-5P дає можливість проведення ефективного глобального та регіонального (країна, область, місто) моніторингу основних забруднювачів атмосфери та викиду парникових газів з високим просторово-часовим розрізненням.

Протягом 2020 р. підвищений рівень NO₂ (відносно фонового) виявлено у густонаселених містах та промислових районах України. Окремо виділяються міста у яких, чи поблизу яких, розташовані теплоелектростанції.

Також, аномально високі показники рівня NO₂ та CO внаслідок масштабних лісових пожеж, виявлені у квітні 2020 р. на півночі Київської області.

Підвищені концентрації метану в атмосфері (щодо фонових рівнів) спостерігались у Північно-Східній та Південній частині України з серпня по листопад 2020 р.

Доцільно розробити аналогічні веб-додатки для візуалізації просторового розподілу у атмосфері Землі діоксиду сірки (SO₂), формальдегіду (HCHO) та тропосферного озону (O₃).