Ανάλυση του επεισοδίου μόλυνσης στην ΝΑ Ασία τον Ιούνιο του 2013 χρησιμοποιώντας δορυφορικά δεδομένα τηλεπισκόπησης
Από RemoteSensing Wiki
Συγγραφείς: Krishna Prasad Vadrevu*, Kristofer Lasko, Louis Giglio, Chris Justice
Πηγή: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749114002498
Αντικείμενο εφαρμογής
Σε πολλές τροπικές χώρες, οι πυρκαγιές και κατά συνέπεια η καταστροφή καλλιεργήσιμων εκτάσεων και δασών, αποτελούν κύρια πηγή μόλυνσης της ατμόσφαιρας. Κατά τη διάρκεια τέτοιων επεισοδίων, αερολύματα και ρύποι μπορούν να μεταφερθούν σε μεγάλες αποστάσεις και να παραμείνουν στην ατμόσφαιρα για αρκετές εβδομάδες ή και μήνες, επηρεάζοντας έτσι όχι μόνο την ποιότητα του αέρα, αλλά και την υγεία του ανθρώπου, τους βιοχημικούς κύκλους, την ατμοσφαιρική χημεία, τον καιρό και το κλίμα της ευρύτερης περιοχής. Σύμφωνα με μελέτες, υπολογίζεται ότι η Ινδονησία, εξαιτίας του μεγάλου ποσοστού των πυρκαγιών που σημειώνεται κάθε χρόνο εκεί, αποτελεί, σε σύγκριση με τις υπόλοιπες Ασιατικές Χώρες, τη μεγαλύτερη πηγή ρύπανσης της ατμόσφαιρας, καθώς απελευθερώνει τις μεγαλύτερες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα. Τον Ιούνιο του 2013, μάλιστα, σε μια από τις επαρχίες της, καταγράφεται μια από τις μεγαλύτερες περιβαλλοντικές καταστροφές των τελευταίων 16 χρόνων, καθώς οι πυρκαγιές που προκλήθηκαν εκεί, είχαν σαν αποτέλεσμα τη δημιουργία μεγάλου σύννεφου ομίχλης, το οποίο κάλυψε ακόμη και τις γειτονικές χώρες, Μπρούνεϊ, Μαλαισία, Σιγκαπούρη και νότια Ταϊλάνδη. Στη μελέτη αυτή λοιπόν, γίνεται μια προσπάθεια προσέγγισης αυτού του επεισοδίου μόλυνσης της ατμόσφαιρας (Ιούνιος 2013), που επηρέασε τόσο την Ινδονησία όσο και μεγάλο μέρος της Ασιατικής ηπείρου, αξιολογώντας τα δεδομένα που συλλέγουμε με τη χρήση της τηλεπισκόπισης.
Στόχος εφαρμογής
Η χρήση της τηλεπισκόπισης παρέχει τη συλλογή χρήσιμων πληροφοριών για τις χρήσεις γης / κάλυψης και την παρακολούθηση της μόλυνσης μιας ευρύτερης περιοχής ή και ολόκληρου του πλανήτη. Μια απομακρυσμένη άποψη της τροπόσφαιρας, μπορεί να προσφέρει χρήσιμες μετρήσεις για τη σύνθεση της ατμόσφαιρας , οι οποίες δεν είναι εύκολο να καταγραφούν από άλλα συμβατικά οπτικά μέσα. Στην παρούσα μελέτη λοιπόν, γίνεται μια προσπάθεια αξιολόγησης της δυνατότητας που παρέχουν τα δεδομένα της τηλεπισκόπισης για την καταγραφή των επεισοδίων μόλυνσης της ατμόσφαιρας (Ιούνιος 2013) στη Νοτιοανατολική Ασία. Επιχειρείται η καταγραφή των αλλαγών της ατμοσφαιρικής σύνθεσης και υποβάθμισης λόγω των πυρκαγιών στην περιοχή και δίνεται ιδιαίτερη σημασία στις φυσικές και οπτικές ιδιότητες των αερολυμάτων, μέσα από την ανάκτηση δεδομένων των δορυφόρων MODIS, OMI και MOPITT. Στόχος της εφαρμογής αυτής είναι η χρησιμοποίηση των δεδομένων αυτών ως ισχυρό εργαλείο για την παρακολούθηση και τον έλεγχο της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, με δεδομένο βέβαια ότι αυτή μπορεί να συσχετιστεί με τις πηγές εκπομπών αερίων.
Σύνολα δεδομένων και μεθοδολογία
Καταγραφή ενεργών πυρκαγιών: Για τον χαρακτηρισμό των πυρκαγιών βλάστησης χρησιμοποιήθηκαν οι δέκτες Terra και Aqua του δορυφόρου MODIS, οι οποίοι ανίχνευαν τις πυρκαγιές που εκδηλώνονταν στην περιοχή μελέτης. Το προχωρημένο σύστημα επεξεργασίας του δορυφόρου αυτού επεξεργάζεται τα δεδομένα που προκύπτουν χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο ανίχνευσης φωτιάς, ο οποίος μάλιστα κατά το έτος 2013 κατέγραψε φωτιές σε εκτάσεις 1000 τ.μ. τουλάχιστον. Βέβαια, αξίζει να σημειωθεί ότι το ένα δέκατο αυτής της καταγραφής μπορεί να γίνει υπό ιδανικές συνθήκες, ενώ η μικρότερη φωτιά που μπορεί να ανιχνευθεί είναι 50 τ.μ.
Καταγραφή καταστροφής της βλάστησης στην επαρχία Riau πριν και μετά την πυρκαγιά: Για την καταγραφή των αλλαγών στη βλάστηση πριν και μετά των επεισοδίων φωτιάς, χρησιμοποιήθηκε ο δέκτης Aqua. Αν οι δείκτες βλάστησης έπαιρναν τιμές από 0 έως 1 δήλωναν το χαμηλό ή υψηλό ύψος αυτής αντίστοιχα, αν οι τιμές ήταν αρνητικές φανέρωναν τη διαταραχή, την υποβάθμιση και την απώλεια αυτής, ενώ αν ήταν θετικές υποδήλωναν την ανάπτυξη ή αναγέννηση της βλάστησης και την αύξηση των εκτάσεων που είναι καλυμμένες με φύλλα.
Μέτρηση AOD (Aerosol Optical Depth): Η μέτρηση αυτή δηλώνει την ατμοσφαιρική απόσβεση μέσα από μια κάθετη στήλη της ατμόσφαιρας , όπως αυτή ανακτάται από τα δορυφορικά κανάλια του MODIS . Όσο ψηλότερες είναι οι τιμές της στήλης τόσο περισσότερα αερολύματα εμπεριέχει και τόσο χαμηλότερη ορατότητα παρέχει. Οι ιδιότητες των αερολυμάτων προκύπτουν από την ανάλυση των δεδομένων που συλλέγονται μέσω της ανάκλασης του MODIS, χρησιμοποιώντας προυπολογισμένους πίνακες βασισμένους σε μοντέλα αερολυμάτων.
Μέτρηση FMF (Fine Mode Fraction): Η μέτρηση αυτή παρέχεται από το δορυφόρο MODIS και δηλώνει την αναλογία του μικρού οπτικού βάθους της AOD σε σχέση με τη συνολική της τιμή. Στην έρευνα των αερολυμάτων, τόσο η μέτρηση αυτή όσο και η ποσοτικοποίηση της διανομής του μεγέθους των σωματιδίων είναι κρίσιμη για τον υπολογισμό του ενεργειακού ισοζυγίου της Γης.
Μέτρηση AAOD (Aerosol absorbing optical depth) στα 500νμ.: Η μέτρηση αυτή ανακτάται από το δορυφόρο ΟΜΙ και αφορά τη συγκέντρωση των υπεριώδη ακτίνων οι οποίες αφομοιώνουν αιωρούμενα σωματίδια όπως είναι ο καπνός και η σκόνη.
Δείκτης υπεριώδους ακτινοβολίας στα αερολύματα: Ο δείκτης αυτός ανιχνεύει την παρουσία των αερολυμάτων που απορροφούν υπεριώδη ακτινοβολία, όπως είναι η σκόνη και η αιθάλη, σύμφωνα με μια φασματική μέθοδο αντίθεσης σε μια περιοχή υπεριώδους ακτινοβολίας, όπου η απορρόφηση του όζοντος είναι πολύ μικρή. Θετικές τιμές του δείκτη αυτού υποδηλώνουν αερολύματα απορρόφησης υπεριώδους ακτινοβολίας (σκόνη, καπνός), ενώ αρνητικές τιμές αντιπροσωπεύουν αερολύματα που δεν απορροφούν ακτινοβολία, όπως είναι το θαλασσινό αλάτι και τα σύννεφα.
Μέτρηση μονοξειδίου του άνθρακα: Για τον χαρακτηρισμό των χωρικών μεταβολών και της γεωγραφικής έκτασης της μόλυνσης που επέφερε το μονοξείδιο του άνθρακα στη Νοτιοανατολική Ασία, χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα του δορυφόρου MOPITT. Με το κανάλι αυτό είναι δυνατή η παγκόσμια μέτρηση συγκέντρωσης του CO από απόσταση 470 nm, μέσα στο χρονικό διάστημα των τριών ημερών. Τα δεδομένα αυτά αναγράφονται σε στήλες, για τις οποίες μάλιστα υπάρχουν εκτιμώμενα σφάλματα, ώστε να είναι δυνατός ο υπολογισμός της απόκλισης της αναγραφόμενης και της πραγματικής τιμής.
Αποτελέσματα-Συμπεράσματα
Όσον αφορά τον αριθμό των πυρκαγιών που ανακτήθηκαν από τα δεδομένα των δεκτών Aqua και Terra του MODIS, αξίζει να σημειωθεί ότι για το σύνολο της Ινδονησίας, το 2012 ήταν το έτος με τις περισσότερες πυρκαγιές. Σε αντίθεση όμως με ολόκληρη τη Χώρα, η περιοχή Pelalawan της επαρχίας Riau είχε το μεγαλύτερο αριθμό πυρκαγιών κατά τη διάρκεια του 2013 με αποκορύφωμα το μήνα Ιούνιο. (Εικ. 2) Οι μεταβολές της βλάστησης στο σύνολο της επαρχίας ήταν ραγδαίες, καθώς οι τιμές του NDVI ήταν αρνητικές για κάποιες περιοχές, υποδηλώνοντας έτσι την πλήρη καταστροφή της. Τη μεγαλύτερη καταστροφή μάλιστα υπέστη το βορειοανατολικό τμήμα της πόλης Riau, με σοβαρότατες συνέπειες στον ατμοσφαιρικό αέρα της ευρύτερης περιοχής μελέτης, καθώς οι συγκεντρώσεις αερολυμάτων και μονοξείδιου του άνθρακα έφτασαν στα ύψη. Πιο συγκεκριμένα, ο μέσος όρος των μετρήσεων AOD, FMF, AAOD,UVAI και CO την περίοδο 2008 – 2012 ήταν 0.40, -0.39, -0.45, 1.77 και 200 ppbv αντίστοιχα, ενώ τον Ιούνιο του 2013 σημειώνεται μεγάλη αύξηση αυτών με τις τιμές να είναι 0.8, 0.573, 0.672, 1.77 και 978 ppbv αντίστοιχα. Επίσης, ενώ τα προηγούμενα χρόνια οι άνεμοι που έπνεαν στην περιοχή το μήνα Ιούνιο ήταν δυτικοί, τον Ιούνιο του 2013 είχαν κατεύθυνση προς την ανατολή, με αποτέλεσμα μεγάλες μάζες καπνού να μεταφέρονται από την Ινδονησία προς τη Μαλαισία, τη Σιγκαπούρη και τη νότια Ταϊλάνδη.
