Προσδιορισμός της Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης από Δασικές Πυρκαγιές με Δορυφορικές Παρατηρήσεις
Από RemoteSensing Wiki
Άρθρο: "Προσδιορισμός της Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης από Δασικές Πυρκαγιές με Δορυφορικές Παρατηρήσεις"
Συγγραφείς: Efem Bilgiç, Gizem Tuna Tuygun, Orhan Gunduz
Πηγή: https://www.researchgate.net/publication/356791231_Determination_of_Air_Pollution_from_Wildfires_with_Satellite_Observations
Ημερομηνία: 1-2 Δεκεμβρίου 2021 (Συνέδριο)
Περίληψη
Η παρούσα μελέτη διερευνά τις εκπομπές ατμοσφαιρικής ρύπανσης που προκλήθηκαν από τις καταστροφικές δασικές πυρκαγιές που σημειώθηκαν στην δυτική και νοτιοδυτική Τουρκία μεταξύ της 15ης Ιουλίου 2021 και της 15ης Αυγούστου 2021. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η Τουρκία βίωσε μερικές από τις χειρότερες πυρκαγιές στην ιστορία της, με περίπου 200.000 εκτάρια να έχουν καεί έως το τέλος Σεπτεμβρίου σύμφωνα με το Ευρωπαϊκό Σύστημα Πληροφόρησης για Δασικές Πυρκαγιές (EFFIS). Οι πυρκαγιές προκάλεσαν σημαντικές ζημιές στο οικοσύστημα και επηρέασαν αρνητικά την περιφερειακή ποιότητα του αέρα. Οι ερευνητές εστίασαν συγκεκριμένα στις επαρχίες Muğla, Antalya και İçel (Mersin) για να ποσοτικοποιήσουν τις εκπομπές διαφόρων ρύπων που προέκυψαν από αυτά τα γεγονότα. Αξιοποιώντας την τεχνολογία τηλεπισκόπησης και τα μοντέλα απογραφής εκπομπών, η μελέτη στοχεύει να παρέχει μια λεπτομερή αξιολόγηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων αυτών των πυρκαγιών και να αξιολογήσει την αποτελεσματικότητα των μεθόδων δορυφορικής παρατήρησης στην παρακολούθηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης που προκαλείται από πυρκαγιές.
Μέθοδοι
Για την ανάλυση των πυρκαγιών, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια μεθοδολογική προσέγγιση πολλαπλών βημάτων συνδυάζοντας την τηλεπισκόπηση και τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (GIS). Αρχικά, επεξεργάστηκαν εικόνες που ελήφθησαν πριν και μετά την πυρκαγιά από τον δορυφόρο Sentinel-2, ο οποίος παρέχει οπτική απεικόνιση υψηλής ανάλυσης (10–20 m). Αυτή η προσέγγιση προσφέρει υψηλότερο επίπεδο λεπτομερούς ανάλυσης σε σύγκριση με το τυπικό Ευρωπαϊκό Σύστημα Πληροφόρησης για Δασικές Πυρκαγιές (EFFIS), το οποίο βασίζεται συνήθως σε αισθητήρες χαμηλότερης ανάλυσης όπως οι MODIS (250 m) και VIIRS (375 m) για ταχεία εκτίμηση ζημιών σε ηπειρωτική κλίμακα. Χρησιμοποιώντας τις εικόνες του Sentinel-2, οι ερευνητές υπολόγισαν τον διαφορικό Κανονικοποιημένο Δείκτη Καύσης (dNBR) —τη διαφορά μεταξύ του NBR πριν και μετά την πυρκαγιά— για να εντοπίσουν τις καμένες περιοχές και να αξιολογήσουν τη σφοδρότητα της καύσης βάσει κλιμάκων που προτείνονται από το Γεωλογικό Ινστιτούτο των ΗΠΑ (USGS).
Χρησιμοποιώντας αυτόν τον φασματικό δείκτη σε δεδομένα υψηλής ανάλυσης, η μελέτη πέτυχε έναν πιο ακριβή προσδιορισμό της χωρικής έκτασης και της έντασης της ζημιάς από τις ευρύτερες επιχειρησιακές χαρτογραφήσεις που παράγονται συχνά από το EFFIS, καταγράφοντας τη λεπτομερή ετερογένεια της καύσης που οι αισθητήρες χαμηλότερης ανάλυσης ενδέχεται να παραβλέψουν. Μετά τη χωρική ανάλυση, η μελέτη υπολόγισε τα φορτία ρύπων που απελευθερώθηκαν από τις πυρκαγιές χρησιμοποιώντας την τεχνολογικά εξειδικευμένη προσέγγιση EMEP/EEA Tier 2. Αυτή η μέθοδος "από κάτω προς τα πάνω" χρησιμοποιεί τα ακριβή δεδομένα καμένων εκτάσεων που ελήφθησαν από την ανάλυση GIS σε συνδυασμό με τυπικούς συντελεστές καύσιμης ύλης για την εκτίμηση εκπομπών διαφόρων ρύπων, συμπεριλαμβανομένων των Οξειδίων του Αζώτου (NOx), του Μονοξειδίου του Άνθρακα (CO), των Οξειδίων του Θείου (SOx), των Ολικών Αιωρούμενων Σωματιδίων (TSP), των Αιωρούμενων Σωματιδίων (PM2.5) και του Μαύρου Άνθρακα (BC). Τέλος, τα υπολογισμένα αποτελέσματα εκπομπών συγκρίθηκαν με δεδομένα από το Παγκόσμιο Σύστημα Αφομοίωσης Πυρκαγιών (GFAS), το οποίο χρησιμοποιεί μια διακριτά διαφορετική μεθοδολογία "από πάνω προς τα κάτω". Το GFAS αφομοιώνει παρατηρήσεις Ακτινοβολουμένης Ισχύος Πυρκαγιάς (FRP) από δορυφορικούς αισθητήρες για να παράγει ημερήσιες εκτιμήσεις εκπομπών βάσει της ανιχνευόμενης έντασης θερμικής ενέργειας και όχι απλώς του φυσικού αποτυπώματος, λειτουργώντας ως ένα ισχυρό βήμα επικύρωσης για τη διασταύρωση των υπολογισμών της μελέτης που βασίζονται στην έκταση έναντι των παρατηρήσεων που βασίζονται στην ενέργεια.
Αποτελέσματα
Εκτιμήθηκε ότι κάηκαν συνολικά 136.709 εκτάρια σε 18 ζώνες πυρκαγιάς σε διαφορετικά επίπεδα, και περίπου το 40% της καμένης έκτασης είχε υψηλή και μέτρια-υψηλή σφοδρότητα. Το EFFIS υπολόγισε τη συνολική καμένη έκταση σε 144.871 εκτάρια, και οι συγκρίσεις βάσει πολυγώνων με το EFFIS έδειξαν ότι ελήφθησαν συνεπή αποτελέσματα σε σχεδόν όλα τα πολύγωνα.
Τα αποτελέσματα του EFFIS ήταν ελαφρώς υπερεκτιμημένα στο Köyceğiz (μία από τις 18 ζώνες πυρκαγιάς). Η ανάλυση GIS αποκάλυψε ότι τα δάση γύρω από το Manavgat στην επαρχία της Antalya υπέστησαν την πιο εκτεταμένη καύση. Οι συνολικές καμένες δασικές εκτάσεις που υπολογίστηκαν για τις επαρχίες ήταν 52.291 εκτάρια για τη Muğla, 66.211 εκτάρια για την Antalya και 13.642 εκτάρια για το İçel. Η μελέτη ποσοτικοποίησε με επιτυχία τα ειδικά φορτία για ιχνοστοιχεία αερίων και αιωρούμενα σωματίδια για κάθε εντοπισμένη ζώνη πυρκαγιάς. Για παράδειγμα, στις ζώνες που επλήγησαν σοβαρότερα, απελευθερώθηκαν σημαντικές ποσότητες CO και NOx στην ατμόσφαιρα.
Κατά τη σύγκριση των υπολογιζόμενων εκπομπών της μελέτης με τα δεδομένα του GFAS, οι ερευνητές διαπίστωσαν ισχυρή συμφωνία, ιδιαίτερα όσον αφορά τις εκπομπές αερίων. Ενώ η συνολική καμένη έκταση παρείχε μια βάση για την καταστροφή, η συμπερίληψη των βαθμίδων σφοδρότητας καύσης προσέφερε πιο λεπτομερή αποτελέσματα, δείχνοντας ότι το μέγεθος της περιοχής από μόνο του δεν αποτελεί πάντα επαρκές κριτήριο για την αξιολόγηση των επιπτώσεων. Επισημάνθηκε ότι, ενώ υπήρχαν διαφορές σε συγκεκριμένες τιμές μεταξύ των υπολογισμών της μελέτης και των δεδομένων GFAS για ορισμένους ρύπους όπως τα TSP και PM2.5, οι γενικές τάσεις και τα μεγέθη ήταν σε μεγάλο βαθμό σύμφωνα.
Συμπεράσματα
Οι συγγραφείς κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η μεθοδολογία που αξιοποιεί προϊόντα του δορυφόρου Sentinel-2 σε συνδυασμό με το μοντέλο εκπομπών EMEP/EEA αποτελεί ένα ορθολογικά αξιόπιστο εργαλείο για τον προσδιορισμό τόσο των καμένων εκτάσεων όσο και των επακόλουθων εκπομπών ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Η υψηλή χωρική ανάλυση του Sentinel-2 επέτρεψε την ακριβή αξιολόγηση της σφοδρότητας της καύσης, η οποία είναι κρίσιμη για την ακριβή εκτίμηση των εκπομπών. Η συμφωνία μεταξύ των αποτελεσμάτων της μελέτης και των δεδομένων αφομοίωσης GFAS επικύρωσε περαιτέρω αυτή την προσέγγιση. Η μελέτη προτείνει ότι αυτή η μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοστεί αποτελεσματικά για την επαλήθευση των επιπτώσεων πυρκαγιών σε άλλα μέρη του κόσμου. Επιπλέον, τα δεδομένα εκπομπών που παράγονται από αυτή την έρευνα μπορούν να χρησιμεύσουν ως ακριβείς χωροχρονικοί όροι πηγής για μοντέλα ατμοσφαιρικής μεταφοράς μικρής και μεσαίας εμβέλειας, βοηθώντας στην προσομοίωση της διασποράς ρύπων που προέρχονται από πυρκαγιές σε μελλοντικές μελέτες ποιότητας του αέρα.
