Диоксид азота в основном выделяется в результате сжигания ископаемого топлива транспортными средствами и электростанциями. Также его выбросы наблюдаются в результате ударов молнии или лесных пожаров. Диоксид азота существенно влияет на качество воздуха. Помимо прочего он способствует возникновению смога, которому придает характерный желто-коричневый цвет.

Обнаружение и количественная оценка выбросов диоксида азота имеют решающее значение для понимания их воздействия на окружающую среду и разработки стратегий по снижению загрязнения воздуха.

Традиционно для картирования концентраций этого газа использовались спутники. Однако разрешение их снимков часто было слишком грубым, чтобы точно определить конкретные источники, такие как электростанции, без усреднения многих наблюдений. 

Новые исследования показывают, что европейские и американские спутники теперь могут обнаруживать и измерять выбросы диоксида азота с поразительной точностью. 

Аппараты Sentinel-2 были разработаны для получения изображений поверхности Земли с высоким разрешением. Они предназначены для мониторинга земель и природных ресурсов, а не загрязнения воздуха. Традиционно их основное применение сводилось к мониторингу земного покрова, растительности и водных объектов из-за высокого пространственного разрешения.

Однако недавние достижения показали, что Sentinel-2 также может обнаруживать шлейфы диоксида азота. Высокое пространственное разрешение, позволяет ему делать детальные изображения, которые дают возможность выявить диоксид азота в атмосфере, даже несмотря на меньший спектральный диапазон по сравнению со специализированными приборами.

Используя видимый и ближний инфракрасный диапазоны, исследователи могут точно определить выбросы из конкретных источников.  В сочетании с долгосрочными записями со спутников Landsat это позволяет проанализировать и долговременные тренды.

Исследование было сосредоточено на электростанциях в Саудовской Аравии и США. Ученые использовали изображения синего и ультрасинего диапазонов обоих спутников, чтобы идентифицировать шлейфы диоксида азота. Снимки с высоким разрешением позволили им оценить уровень выбросов оксидов азота на нескольких крупных электростанциях, в том числе в Эр-Рияде, Саудовская Аравия, и Вайоминге, США.

Один из ключевых выводов был сделан на электростанции №9 в Эр-Рияде, где 13-летний анализ с 2009 по 2021 год показал значительные сезонные колебания выбросов. Летом, когда активно используются кондиционеры, выбросы достигают пика.

Впрочем, использование космических аппаратов для мониторинга загрязнения воздуха не лишено проблем.

"Мы обнаружили, что спутники лучше всего работают на ярких и однородных поверхностях и могут плохо справляться на участках со сложным рельефом или темными регионами, — объясняет Дэниел Варон, ведущий автор статьи. — Однако, даже несмотря на эти ограничения, они предлагают новый мощный инструмент для выявления и мониторинга источников загрязнения".

Успех исследования в использовании спутников Landsat и Sentinel-2 открывает новые возможности для ученых. Он обеспечивает новый способ понимания и борьбы с загрязнением воздуха, особенно в регионах, где отсутствуют традиционные системы мониторинга.

Используя эти спутники, исследователи и политики могут получить лучшее представление об источниках и тенденциях выбросов диоксида азота, помогая создавать более эффективные стратегии улучшения качества воздуха и защиты здоровья населения.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.