کاربرد سنجش از دور در مطالعه آلودگی هوا – داده ها و ماهواره های پر کاربرد برای پایش آلاینده ها

465 بازدید

اخبار ، مقالات و تحقیقات گروهی را دنبال کنید.

آموزش رایگان نرم افزار ENVI

در ENVI حرفه ای شو 🦾

0 تا 100 مفاهیم سنجش از دور

کاملا رایگان شروع کن 🧩

آموزش رایگان ArcGIS pro

واقعاااااا رایگاااااانه 🤗

آموزش گوگل ارث انجین

شدیدا توصیه شده 🌏

دانلود لندیوز 10 متری ایران و …

به کمک گوگل ارث انجین 🚀

کتاب موتور پردازش مجازی

اولین کتاب آموزش گوگل ارث انجین 📗

طبقه بندی تصاویر ماهواره ای

آشنایی با انواع روش ها 😲

پیش پردازش تصاویر ماهواره ای

هندسی – رادیومتریکی – اتمسفری 🀄

دانلود داده های آلتیمتری

ترازسنجی برای دریاچه ها 🧿

پوشش اراضی 10 متری

تولید شده توسط ESRI 🧐

نمایش سه بعدی در ArcGIS

مدل رقومی ارتفاع 🗻

مطالب پربازدید

مقاله کاربرد سنجش از دور در مطالعه آلودگی هوا با استفاده از داده ها و ماهواره های کاربردی در پایش آلاینده های جوی منتشر شد! در این مقاله کاربردی نقش و کارکرد سنجش از دور در مطالعات آلودگی هوا مورد بررسی قرار گرفته است. با این حال پیش از آغاز لازم است تا در ارتباط با عوامل موثر در آلودگی هوا…

مقاله کاربرد سنجش از دور در مطالعه آلودگی هوا با استفاده از داده ها و ماهواره های کاربردی در پایش آلاینده های جوی منتشر شد! در این مقاله کاربردی نقش و کارکرد سنجش از دور در مطالعات آلودگی هوا مورد بررسی قرار گرفته است. با این حال پیش از آغاز لازم است تا در ارتباط با عوامل موثر در آلودگی هوا در لایه های مختلف جو آشنایی اولیه ای پیدا کنید. بر همین اساس، ابتدا برخی از مفاهیم و واژه های کاربردی در مطالعات آلودگی هوا مورد بررسی قرار گرفته است. 


ازن، مولکولی متشکل از سه اتم اکسیژن است و برای تنفس ضررهای زیادی به همراه دارد. نزدیک به %۹۰ ازن زمین در لایه استراتوسفر قرار داشته و به لایه ازن معروف است. غلظت بالای ازن در لایه تروپوسفر پایینی یکی از مولفه های آلودگی هوا را شامل می شود. تروپوسفر بخشی از اتمسفر است که در ارتفاع بین ۱۰ تا ۲۰ کیلومتری از سطح زمین قرار داشته که در آن با افزایش ارتفاع، شکل گیری ابرها، جریان های همرفتی و جبهه های آب و هوایی، دما کاهش پیدا می کند. 


استراتوسفر از تروپوپاز تا ارتفاع ۵۰ کیلومتری از سطح زمین قرار گرفته است. لایه استراتوسفر با ترکیبات ازن آن شناخته شده است. جذب امواج ماوراءبنفش توسط مولکول های ازن در این بخش از اتمسفر منجر به افزایش نسبی دما با افزایش ارتفاع گردیده است. جذب انرژی رسیده توسط مولکول ها باعث تولید انرژی حرارتی و افزایش دمای محیط می گردد. آئروسل ها، ذرات ریز جامد و یا مایع در گاز بوده که در هوا معلق هستند. برخی از نمونه های آن عبارتند از دود، گردو غبار و … .


مقدمه

آلودگی هوا به افزایش غلظت گازها یا ذراتی اشاره دارد که برای سلامتی انسان، پوشش گیاهی مضر هستند. غالباً این عبارت به گازهایی اطلاق می شود که به عنوان آلاینده هوا توسط نهادهایی مانند آژانس حفاظت از محیط زیست در ایالات متحده شناسایی و معرفی می شوند. به طور خاص، آلاینده های دسته بندی شده: ازن، منواکسید کربن، دی اکسید گوگرد ،اکسیدهای ازت، سرب و ذرات گرد و غبار هستند.


در این میان، سرب با استفاده از سنجش از دور و تصاویر ماهواره ای قابل مطالعه نیست اما ‌‌ذرات معلق موجود در هوا و برخی از گازها و ترکیبات آن ها با استفاده از تصاویر ماهواره ای قابل شناسایی و پایش است که در نمونه ای از آن در مقاله قبلی (شناسایی و پایش آئروسل ها در سنجش از دور) در سایت girs منتشر شده است. 


جو زمین از لایه های مختلفی تشکیل شده و اولین آن لایه تروپوسفر است که از سطح زمین تا ۱۵ کیلومتر بالاتر از آن را شامل می شود. با توجه به اینکه زندگی انسان ها در سطح زمین و پایین ترین لایه اتمسفری در جریان است، بسیاری از مطالعاتی که در این زمینه انجام می شود مرتبط با لایه های پایینی است. با این حال، هم چنان تغییرات آلاینده ها در لایه های بالاتر نیز مورد توجه است. چراکه آلودگی های موجود در لایه های بالایی به مرور در لایه های پایین تر نیز سرایت کرده و بر روی زندگی انسان ها اثرات منفی به دنبال خواهد داشت. 


پس از تروپوسفر، لایه استراتوسفر تا فاصله ۵۰ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد. توزیع گازها و آلاینده ها در لایه های مختلف اتمسفر بصورت نابرابر است. به طوریکه، برخی از آلاینده ها مانند مونوکسید کربن و سولفور دی اکسید از تراکم بسیار زیادی در لایه تروپوسفر در مقایسه با سایر لایه ها برخوردار هستند. سایر گازها مانند ازن و مونوکسید نیتروژن، در هر دو لایه تروپوسفر و استراتوسفر یافت می شوند.


به همین منظور برای شناسایی آلودگی جوی نیاز به اندازه گیری و تغییرات آلاینده ها در لایه های تروپوسفر و استراتوسفر است. امروزه با استفاده از سنجش از دور و تصاویر ماهواره ای امکان اندازه گیری تغییرات گازها و آلاینده های مختلف در جو در مقیاس جهانی امکان پذیر است اما در عین حال این تکنولوژی با محدودیت هایی نیز در ارتباط با شناسایی برخی از ترکیبات شیمیایی در تروپوسفر نیز مواجه است. 


کاربرد سنجش از دور در آلودگی هوا بیش از سه دهه است که مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته و از قدمت بالایی برخوردار است. بر همین اساس در این مقاله قصد داریم تا شما را با داده ها، ماهواره ها و روش های شناسایی آلاینده هایی چون ازن، مونوکسید کربن، مونوکسید نیتروژن و سولفور دی اکسید، آشنا کنیم. 


اندازه گیری آلاینده ها

نخستین ماهواره سنجش از دوری که برای اندازه گیری آلاینده ها طراحی شد MAPS نام دارد که بین سال های ۱۹۸۱ تا ۱۹۹۹ میلادی با استفاده از باندهای مادون قرمز برای شناسایی و پایش تغییرات مونوکسید کربن در مقیاس جهانی استفاده شده است. با استفاده از این ماهواره تغییرات تمرکز مونوکسید کربن ناشی از آتش سوزی های پوشش های گیاهی با فاصله زمانی ۸ تا ۱۰ روز شناسایی و پایش می شد.


از آن زمان تا کنون، ماهواره ها و سنجنده های متفاوتی با طول موج ها و مقیاس مشابه برای پایش آلودگی استفاده شده است. از جمله این پروژه ها می توان به سنجنده IMG اشاره کرد که برای بازه زمانی ۱۹۹۶ تا ۱۹۹۷ در مقیاس جهانی بکاربرده شد. سنجنده MOPITT ماهواره ترا در سال ۱۹۹۹ میلادی ماموریت خود را آغاز کرد و هم اکنون برای بیش از ۱۰ سال داده های مونوکسید کربن جهانی را تولید و عرضه کرده است. از سوی دیگر، سنجنده های AIRS در ماهواره آکوا، TES در ماهواره ائورا و IASI همگی برای پایش مونوکسید کربن جو با استفاده از مادون قرمز طراحی شده و برای سال ها مورد استفاده قرار گرفتند. 


برداشت ماهواره ای داده های مربوط به آلاینده ها فقط به مونوکسید کربن ختم نمی شود. سنجنده ها و ماهواره های متعددی نیز برای پایش ازن طراحی شده و اطلاعات با ارزشی را در مقیاس جهانی تولید کردند. به عنوان مثال سنجنده TOMS در سال ۱۹۷۸ میلادی، برای پایش ازن جو طراحی شد و اطلاعات با ارزشی را در ارتباط با تغییرات لایه ازن تولید نمود.


امروزه تکنیک های موثری برای برآورد ازن استراتوسفری با استفاده از داده های TOMS طراحی شده است که با استفاده از آن امکان برآورد ازن در لایه تروپوسفر نیز فراهم است. از این تکنیک برای سنجنده OMI نیز استفاده شده است. با این حال این روش یکی از ابتدایی ترین تکنیک ها برای آشکارسازی ازن در اتمسفر است که خصوصا برای لایه های پایینی جو دقت مناسبی دارد. 


برآورد ازن تروپوسفری

یکی از جدیدترین روش ها برای اندازه گیری ازن در اتمسفر با استفاده از داده های سنجنده TES صورت گرفته است. روش بکار برده شده در این سنجنده، امکان محاسبه دقیق تر ازن جوی با استفاده از باندهای مادون قرمز در لایه های استراتوسفر و تروپوسفر و نسبت تفاوت آنها را فراهم می کند. در شرایطی که زمین سطح نسبتا گرمی دارد محاسبه اختلاف ازن در لایه های پایین و بالای تروپوسفر فراهم می شود. امروزه با استفاده از داده های TES امکان شناسایی و پایش تغییرات مونوکسید کربن ناشی از آتش سوزی های پوشش گیاهی در مقیاس جهانی فراهم شده است. 


برآورد ازن با استفاده از داده های مادون قرمز با استفاده از سنجنده هایی با توان تفکیک طیفی کمتر (مانند AIRS) در شناسایی مولکول های ازن با غلظت کمتر از ۳۰۰ هکتوپاسکال با مشکل مواجه است. همین عامل باعث کاهش دقت جزییات مکانی الگوی تغییرات ازن در قسمت های مختلف جو می گردد. 


مطالعات صورت گرفته در سنجش از دور نشان داده که در کنار باندهای مادون قرمز، باندهای مرئی و ماوراء بنفش نیز برای این هدف بسیار مناسب و کاربردی است. بررسی های صورت گرفته با استفاده از داده های ماهواره GOME که توسط سازمان فضایی اتحادیه اروپا طراحی شده، این موضوع را اثبت کرده است. با این حال استفاده از این باندها برای برآورد ازن جوی، نیازمند اطلاعات دقیق از ارتفاع تروپوپاز است. با این حال مهم ترین محدودیت در استفاده از این محدوده طیفی حساسبت اندک آن نسبت به لایه های پایینی تروپوسفر است. 


برآورد مونوکسید کربن تروپوسفری

در سنجنده MOPITT از باندهای مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز حرارتی استفاده شده که نسبت به مونوکسید کربن حساسیت داشته و توسط آن جذب می شوند. از لحاظ اصول سنجش از دور، استفاده همزمان از دو باند همراه با یکدیگر نتایج بهتری را در استخراج اطلاعات ایجاد می کند. به عنوان مثال استفاده ترکیبی باندهای مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز حرارتی امکان شناسایی و تفکیک مرز مونوکسید کربن در مناطق مختلف لایه تروپوسفر را به خوبی فراهم می آورد.


با این حال لازم بذکر است که استفاده از محدوده مادون قرمز نزدیک از محدودیت های مهمی برای برآورد مونوکسید کربن برخوردار است و حتما باید بصورت ترکیبی در این گونه از اندازه گیری ها استفاده شود. از سوی دیگر مطالعات اخیر نشان داده است که استفاده ترکیبی این دو باند، میزان حساسیت الگوریتم های بکاربرده شده در برآورد مقادیر مونوکسید کربن سطحی را افزایش داده است. 


سایر آلاینده ها

دی اکسید نیتروژن در استراتوسفر و تروپوسفر وجود دارد. با این حال بدلیل منابع تولید کننده این آلاینده در تروپوسفر و مدت زمان حضور یک تا دو دو روزه آن، همواره تغییر پذیری این آلاینده متناسب با تغییرات تروپوسفر مطالعه و اندازه گیری می شود. این شرایط امکانی را برای ماهواره های سنجش از دور فراهم کرده که بتوانند نسبت تغییرات آن در لایه های تروپوسفر و استراتوسفر را بصورت ستونی اندازه گیری و ثبت کنند. البته لازم بذکر است که این تکنیکی است که برای سایر آلاینده ها مانند ازن نیز بکار برده می شود. 


دی اکسید سولفور عموما با استفاده از باندهای ماوراءبنفش در سنجنده ها مانند TOMS اندازه گیری می شود. دی اکسید سولفور برای نخستین بار در فوران های آتش فشانی و به همراه گازهای خارج شده از دهانه آتش فشان ها مورد توجه قرار گرفت. امروزه با استفاده از ماهواره های مختلف سنجش از دور امکان ثبت و پایش تغییرات این گازها در مناطق آتش فشانی به شکل مطلوبی فراهم است. این گونه از گازها (دی اکسید سولفور) عموما در لایه تروپوسفر و بخش های پایینی لایه استراتوسفر شناسایی می شوند.  


دانلود فایل PDF

به منظور دانلود رایگان نسخه PDF این مقاله بر روی گزینه زیر کلیک کنید. برای دانلود فایل PDF مقالات حتما باید در سایت girs عضو باشید. 


لینک های مفید


 

نوشته های مرتبط :

آموزش های رایگان پیشنهادی :

۹ دیدگاه. ارسال دیدگاه جدید

  • فاطمه قاسم پور
    ۱۳۹۸-۱۰-۱۳ ۱۰:۰۲ ب٫ظ

    عرض سلام و ادب. امید که همواره مسیرتان سبز باد.
    جناب مهندس احراری سوالی داشتم. چطور میشه از بین تصاویر سنتینل ۵ برای حدوده خاصی(۱۰۰۰ تصویر)که در بعضی از روزها برای یک روز ۲ یا ۳ تصویر وجود دارد را میانگین گیری کرد و برای هر روز یک تصویر استخراج کرد؟
    ممنون و سپاسگزارم.

    پاسخ
    • با سلام و احترام

      یک تابع در این رابطه باید نوشت. اگر تابع تولید تصاویر ماهیانه و فصلی در این ویدیو هست می توانید از آن استفاده نمایید که برای هر روز یک تصویر میانگین تولید کند.

      موفق باشید

      پاسخ
  • فاطمه قاسم پور
    ۱۳۹۸-۱۰-۱۴ ۱۱:۳۲ ق٫ظ

    جناب مهندس احراری در تصاویر سنتینل-۵ چه تفاوتی بین دو اصطلاح زیر وجود دارد؟
    spatial resolution of 0.01 arc degrees. که در واقع معادل ۱٫۱ کیلومتر هست
    و
    SPATIAL_RESOLUTION: 7×3.5km2 که در متادیتا هست.
    ممنون و سپاسگزارم.

    پاسخ
  • فاطمه قاسم پور
    ۱۳۹۸-۱۰-۱۵ ۱۰:۵۴ ب٫ظ

    UV aerosol

    پاسخ
  • با سلام و عرض ادب خدمت استاد احراری
    ایا میتوان میزان co2 را با استفاده از تصاویر سنجش از دور برای یک منطقه خاص مانند کارخانه مورد بررسی قرار داد ؟

    پاسخ
    • با سلام و احترام

      با توجه به اینکه توان تفکیک مکانی داده های اتمسفری از یک تا چند کیلومتر است برای مطالعه یک پدیده خاص مانند کارخانه کارایی ندارد. بنده در مقیاس شهرها از آن استفاده کردم.

      موفق باشید

      پاسخ
  • باسلام.
    من فایل پایش ازون را خریداری کردم. برای انجام پروژه ام روی پایش میزان ازون شهر اراک به مشکل خوردم. متاسفانه شیپ فایل شهر اراک را آپلود نمیکنه .حتی شیپ فایل خود کرمان رو که در فایل خریداری شده بود نیز ران نمیکنه تا ادامه کار را به صورت تمرین انجام دهم.مشکل از کجاست؟ راهنمایی بفرمایید.

    پاسخ
    • با سلام و احترام

      چه خطایی در فرایند آپلود کردن میدهد؟

      در ارتباط با شیپ فایل کرمان که آپلود شده ولی ران نمیکنه ارتباطی به شیپ فایل ندارد احتمالا در بخشی از کد اشتباهی وجود داشته. مثلا به بزرگ و کوچک بودن عبارت ها دقت نکردید.

      موفق باشید

      پاسخ

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.

فهرست