Ανίχνευση ρύπανσης πλοίων από το διάστημα

Οι θαλάσσιες μεταφορές έχουν άμεσο αντίκτυπο στην ποιότητα του αέρα σε πολλές παράκτιες πόλεις. Τα εμπορικά πλοία και τα πλοία καίνε καύσιμα για ενέργεια και εκπέμπουν διάφορους τύπους ατμοσφαιρικής ρύπανσης ως υποπροϊόν, προκαλώντας την υποβάθμιση της ποιότητας του αέρα. Μια προηγούμενη μελέτη εκτιμά ότι οι εκπομπές από τη ναυτιλία ευθύνονται παγκοσμίως για περίπου 400.000 πρόωρους θανάτους από καρκίνο του πνεύμονα και καρδιαγγειακές παθήσεις και 14 εκατομμύρια περιπτώσεις παιδικού άσθματος κάθε χρόνο.

Για το λόγο αυτό, κατά την τελευταία δεκαετία, έχουν ξεκινήσει προσπάθειες για την ανάπτυξη διεθνών κανονισμών για τις εκπομπές πλοίων. Από τον Ιανουάριο του 2020, η μέγιστη περιεκτικότητα σε διοξείδιο του θείου των καυσίμων πλοίο ήταν σε παγκόσμιο επίπεδο μειώνεται σε 0,5% (από 3,5%), σε μια προσπάθεια να μειωθεί η ρύπανση του αέρα και για την προστασία της υγείας και του περιβάλλοντος. Αναμένεται ότι οι εκπομπές διοξειδίου του αζώτου από τη ναυτιλία θα περιοριστούν επίσης τα επόμενα χρόνια.

Η παρακολούθηση των πλοίων για συμμόρφωση με αυτούς τους κανονισμούς εξακολουθεί να είναι ένα άλυτο ζήτημα. Ο ανοιχτός ωκεανός καλύπτει τεράστιες περιοχές, με περιορισμένη ή καθόλου ικανότητα διεξαγωγής τοπικών ελέγχων. Αυτό είναι όπου οι δορυφόροι, όπως ο δορυφόρος Copernicus Sentinel-5P , είναι χρήσιμοι.

Μέχρι πρόσφατα, οι δορυφορικές μετρήσεις έπρεπε να συγκεντρωθούν και να υπολογίζονται κατά μέσο όρο για μήνες ή και χρόνια για να ανακαλυφθούν οι λωρίδες αποστολής, περιορίζοντας τη χρήση δορυφορικών δεδομένων για τον έλεγχο και την εφαρμογή των κανονισμών. Μόνο το συνδυασμένο αποτέλεσμα όλων των πλοίων ήταν ορατό και μόνο στις πιο πολυσύχναστες ναυτιλιακές λωρίδες.

Σε πρόσφατη  εργασία , μια διεθνής ομάδα επιστημόνων από το Βασιλικό Μετεωρολογικό Ινστιτούτο των Κάτω Χωρών (KNMI), το Πανεπιστήμιο Wageningen, την Επιθεώρηση Ανθρώπινου Περιβάλλοντος και Μεταφορών του Υπουργείου Υποδομής και Διαχείρισης Υδάτων, το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης και το Πανεπιστήμιο Πληροφοριών του Ναντζίνγκ & Technology, έχουν τώρα ανακαλύψει μοτίβα σε προηγουμένως αχρησιμοποίητα δορυφορικά δεδομένα «sun glint» πάνω από τον ωκεανό που μοιάζουν έντονα με τις εκπομπές των πλοίων.

Η ηλιοφάνεια εμφανίζεται όταν το φως του ήλιου αντανακλά την επιφάνεια του ωκεανού με την ίδια γωνία που τον βλέπει ένας δορυφορικός αισθητήρας. Καθώς οι επιφάνειες του νερού είναι ακανόνιστες και ανώμαλες, το φως του ήλιου είναι διασκορπισμένο σε διαφορετικές κατευθύνσεις, αφήνοντας θολές ραβδώσεις φωτός στα δεδομένα.

Οι δορυφορικοί αλγόριθμοι τείνουν να κάνουν λάθος σε τέτοιες φωτεινές επιφάνειες για θολότητα, γι ‘αυτό, για μεγάλο χρονικό διάστημα, η ηλιοφάνεια θεωρήθηκε ενόχληση στις δορυφορικές μετρήσεις. Η διαφοροποίηση των νεφών από άλλες φωτεινές αντανακλαστικές επιφάνειες όπως το χιόνι, τα σύννεφα ή ακόμη και η λάμψη του ήλιου πάνω από την επιφάνεια του ωκεανού έχει αποδειχθεί δύσκολη – μέχρι τώρα.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε πέρυσι, οι επιστήμονες μπόρεσαν να διαφοροποιήσουν το χιόνι και τον πάγο από τα σύννεφα μετρώντας το ύψος του νέφους και συγκρίνοντάς το με το ύψος της επιφάνειας. Εάν το ύψος του σύννεφου βρίσκεται αρκετά κοντά στην επιφάνεια, μπορεί να θεωρηθεί χιόνι ή πάγος, παρά κάλυψη σύννεφων.

Κατά την εφαρμογή της ίδιας μεθόδου για την ηλιοφάνεια στους ωκεανούς, η ομάδα μπόρεσε να εντοπίσει και να αποδώσει εύκολα εκπομπές από μεμονωμένα πλοία σε καθημερινές μετρήσεις Sentinel-5P.

Ο Άρης Γεωργούλιας, από το Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, σχολίασε: «Συνδυάζοντας αυτές τις μετρήσεις με πληροφορίες σχετικά με τη θέση του πλοίου και λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση των αέρια που φυσούν από τις στοίβες του καπνού του πλοίου, θα μπορούσαμε να δείξουμε ότι αυτές οι δομές ταιριάζουν σχεδόν τέλεια με τα κομμάτια “

«Προς το παρόν, μόνο τα μεγαλύτερα πλοία, ή πολλά πλοία που ταξιδεύουν σε κομβόι, είναι ορατά στις δορυφορικές μετρήσεις», πρόσθεσε ο Jos de Laat, από την KNMI. «Τα κομμάτια πλοίων από μικρά πλοία δεν ευθυγραμμίστηκαν ποτέ με αυτές τις δομές λοφίων εκπομπών, εκτός εάν τα ίχνη τους διέσχιζαν τη διαδρομή μεγαλύτερων πλοίων ή μεγάλων λωρίδων μεταφοράς, ή ένα μικρό πλοίο ταξίδευε σε μια πολυσύχναστη ναυτιλιακή λωρίδα».

Ο Claus Zehner, Διευθυντής Αποστολής Sentinel-5P της ESA, σχολίασε: «Πιστεύουμε ότι αυτά τα νέα αποτελέσματα δείχνουν συναρπαστικές δυνατότητες για την παρακολούθηση των εκπομπών πλοίων για την υποστήριξη της περιβαλλοντικής ρύθμισης από το διάστημα. Οι μελλοντικές προγραμματισμένες δορυφορικές αποστολές με βελτιωμένη χωρική ανάλυση, για παράδειγμα οι δορυφόροι παρακολούθησης ανθρωπογενών διοξειδίου του άνθρακα Copernicus, θα επιτρέψουν τον καλύτερο χαρακτηρισμό των ρευμάτων εκπομπών πλοίων διοξειδίου του αζώτου και, ενδεχομένως, την ανίχνευση μικρότερων λοβών πλοίων ».