Ugrás a tartalomhoz

Műholdakról távérzékelt adatok feldolgozása és hasznosítása

Mika János, Utasi Zoltán, Biró Csaba, Pénzesné Kónya Erika (2011)

EKF TTK

1. Környezeti célú műholdak

1. Környezeti célú műholdak

A levegőkémia aktuális kutatási területei a savas eső, a nyári szmog helyzetek, az ózonlyuk, az aeroszolok és az üvegházhatású gázok vizsgálata. Természetesen, az egyes kutatási területek nem függetlenek egymástól, egyes szennyező anyagok, mint például az ózon több probléma esetében is meghatározó szerepet tölt be. E szennyező anyagok légköri koncentrációjának detektálására a 20. század végéig alapvetően Föld bázisú megfigyelő rendszereket használtunk. Az egyik legjelentősebb, globális állomáshálózatot a Meteorológiai Világszervezet működteti. A mérőhálózat neve Global Atmosphere Watch (GAW).

A GAW hálózatába tartozó állomásokat a mérési programjuk alapján két alapvető kategóriába sorolják. A globális állomások mérési programja az említett légkör kémiai folyamatokat meghatározó összes szennyező anyag mérésére kiterjed, míg a regionális állomások mérési programja jóval szűkebb, az adott térségre jellemző és ott problémát okozó szennyező anyagok mérésére korlátozódik. Magyarországon is található ennek a hálózatnak egy állomása K-pusztán. A hazai állomás mérési programja alapján a regionális állomások közé sorolandó.

Az utóbbi évtizedek technikai fejlődése természetesen a levegőkémiai mérések területén is ugrásszerű volt. A GAW állomások pontszerű mérései mellett a műholdakon elhelyezett különféle szondázó egységek segítségével lehetővé vált, hogy egyes szennyező anyagok koncentrációját és ezekkel összefüggő fizikai, természeti folyamatokat, problémákat globális módon feltérképezzük. Ilyen érzékelő többek között a GOME, a SCIAMACHY, valamint a MOPITT. Továbbiakban röviden bemutatjuk ezeket a műszereket és kitérünk a műszerek alkalmazási területeinek ismertetésére is. Elsőként a környezeti megfigyelő műholdak lehetőségeit ismertetjük, majd ezután az EUMETSAT holdjaira is kitérünk.

A GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) berendezés az ERS-2 műhold fedélzetén található, amelyet az ESA (European Space Agency) 1995. április 21-én lőtt fel. GOME egy spektrométer, amely méri a talajfelszín és a légkörben lévő molekulák által visszavert napsugárzást. A műszer ezen kívül alkalmas a Nap spektrumának direkt mérésére is. GOME széles hullámhossz tartományban mér: az ultraibolyától (240 nm) a közeli infravörösig (790 nm) finom felbontással (0,2 – 0,4 nm).

A GOME fő feladata a teljes légoszlop ózontartalmának mérése, de mivel a műszer széles tartományban mér, lehetőség van más légköri összetevők mérésére is, mint például a nitrogén-dioxid, a formaldehid, a kéndioxid vagy az aeroszol részecskék. A műszer elsődleges feladata, tehát feltérképezni a légoszlop teljes ózontartalmának földrajzi eloszlását, és nyomon kísérni a koncentrációjában bekövetkező változásokat. A folyamatosan képződő adatbázis fontos szerephez jut a klímakutatásban, valamint segítségével nyomon lehet követni az emberi tevékenység mindazon káros hatásait, amelyek a Föld légkörében megfigyelhetők.

A SCIAMACHY (SCanning Imaging Absorption spectroMeter Atmospheric CHartographY) szintén egy spektrométer, amelynek elsődleges feladata a tropszférában és a sztratoszférában megtalálható nyomgázok globális mérése. A műszer az ESA ENVISAT műholdján található, amelyet 2001-ben lőttek fel. SCIAMACHY a GOME-nál jóval szélesebb hullámhossz tartományban mér: 240-től 1700 nm-ig, 0,2-0,5μm felbontással valamint egy –egy keskeny sávban 2000 nm és 2400 nm-nél. A műszer finom felbontása valamint az, hogy széles hullámhossz tartományban képes mérni, lehetővé teszi, hogy még olyan nyomgázok koncentrációját is detektálja, amelyek nagyon kis mennyiségben vannak jelen a légkörben. Annak érdekében, hogy a SCIAMACHY-val mért információt tudományos célokra is fel lehessen használni az optika három különböző geometriai elrendezését használják. A Nadir geometria különösen sikeresen alkalmazható a teljes légoszlopban lévő nyomgázok (O3, NO2) koncentrációjának meghatározására, bizonyos anyagok profiljának kimérésére a troposzférában és a sztratoszférában, felhő-detektálásra, aeroszol optikai mélység és a felszín visszaverő képességének mérésére. A Limb geometria esetében a műszer látszólagos horizontja feletti 1000 km vastag légréteg kerül letapogatásra. Ennek a beállításnak a fő alkalmazási területe a nyomgázok sztratoszférikus profiljának nagyon finom felbontású meghatározása, valamint az aeroszolok profiljának a detektálása. Az Okkultációs geometria esetében a SCIAMACHY kiválaszt egy távoli célpontot, amely lehet a Nap vagy a Hold. A műszer célba veszi ezt a távoli célpontot amint az a horizont fölé kerül, majd végigpásztázza a légkör alsó 100 km vastag tartományát. A mérési sorozat alatti összes spektrális intenzitás rögzítésre kerül. Ezzel a módszerrel lehetőség van a nyomgázok és az aeroszolok profil eloszlásának a meghatározására. Gyakorlatban a troposzféra esetében így lehet például megfigyelni a biomassza égését, detektálni erdőtüzeket, a sztratoszférában pedig az ózonlyuk méretének és helyének alakulását, valamint a vulkáni tevékenységek hatását a légkör összetételére. A 9.1 ábra együttesen mutatja be a GOME és a SCIAMACHY mérési tartományát és a mért szennyező anyagokat.

A MOPITT (Measurements Of Pollution In The Troposphere) a 705 km magasan, napszinkron pályán keringő AM-1 jelű, NASA műholdon található. Feladata a szénmonoxid és a metán légköri koncentrációjának térképezése a troposzférában. E két kémiai anyagnak a mérése nagyban hozzájárul ahhoz, hogy megértsük a troposzféra válaszait különféle természeti (pl. erdők növekedése) - és katasztrófa (pl. biomassza égése) eseményekre.

9.1 ábra A légkör kémiai összetételét megfigyelő három műholdas misszió (l. részletesebben a szövegben) spektrális megfigyelési tartományai, és ez ezekben jól látható légköri alkotórészek.

A szénmonoxid azért áll az érdeklődés középpontjában, mert jól jelzi a troposzférában más kémiai anyagok szállítódását és egyben információt szolgáltat a troposzférában lejátszódó kémiai reakciókról. A metán egy olyan üvegház gáz, amelynek a forráserőssége kelti fel leginkább az érdeklődését mivel a források nagy része még mindig ismeretlen a kutatók előtt.