För första gången, vetenskapsmän, med hjälp av data från Copernicus Sentinel-5P-satelliten, kan nu upptäcka kvävedioxidplymer från enskilda fartyg från rymden. Den här bilden visar kvävedioxidutsläppsmönstren i mörkrött över centrala Medelhavet den 2 juli 2018. Kredit:innehåller modifierad Copernicus Sentinel-data (2018), bearbetad av Georgoulias et al.
För första gången, vetenskapsmän, med hjälp av data från Copernicus Sentinel-5P-satelliten, kan nu upptäcka kvävedioxidplymer från enskilda fartyg från rymden.
Sjötransporter har en direkt inverkan på luftkvaliteten i många kuststäder. Kommersiella fartyg och fartyg förbränner bränsle för energi och släpper ut flera typer av luftföroreningar som en biprodukt, orsakar försämring av luftkvaliteten. En tidigare studie uppskattade att sjöfartens utsläpp är globalt ansvariga för omkring 400 000 förtida dödsfall från lungcancer och hjärt-kärlsjukdomar. och 14 miljoner fall av barndomastma varje år.
Av denna anledning, under det senaste decenniet, ansträngningar för att utveckla internationella regler för sjöfartens utsläpp har pågått. Sedan januari 2020, den maximala svaveldioxidhalten i fartygsbränslen sänktes globalt till 0,5 % (ned från 3,5 %) i ett försök att minska luftföroreningarna och skydda hälsa och miljö. Även sjöfartens utsläpp av kvävedioxid förväntas begränsas under de kommande åren.
Att övervaka fartyg för att följa dessa regler är fortfarande en olöst fråga. Det öppna havet täcker stora områden, med begränsad eller ingen kapacitet att utföra lokala kontroller. Det är här satelliter, som Copernicus Sentinel-5P-satelliten, komma väl till pass.
För första gången, vetenskapsmän, med hjälp av data från Copernicus Sentinel-5P-satelliten, kan nu upptäcka kvävedioxidplymer från enskilda fartyg från rymden. Bilden visar kvävedioxidmönstren under förhållanden med solglimt, samt 10-meters vindfält från ECMWF:s operativa modellanalyser, och AIS-fartygsplatser från de senaste tre timmarna innan, och upp till, Sentinel-5P:s övergångstid. Mörka magentafärger används för fartygspositionerna nära satellitens övergångstid och ljusare magentafärger för tidigare fartygspositioner. Bild B är ett exempel på de ursprungliga AIS-platserna (prickar) och vindförskjutna plymplatser (korsningar) av ett fartyg (Skepp 6) vid tidpunkten för TROPOMI:s överfart. Bild C är densamma som bild A men för de projicerade vindförskjutna plymplatserna för de 40 fartygen med en längd större än 200 m. Fartygen är numrerade efter deras kvävedioxidhalter. Mörka magentafärger används för fartygsplymer som sänds ut nära satellitens övergångstid och ljusare magentafärger för tidigare fartygsplymer. Kredit:innehåller modifierad Copernicus Sentinel-data (2018), bearbetad av Georgoulias et al.
Tills nyligen, satellitmätningar behövde aggregeras och medelvärdesberäknas över månader eller till och med år för att upptäcka sjöfartsleder, begränsa användningen av satellitdata för regleringskontroll och tillämpning. Endast den kombinerade effekten av alla fartyg kunde ses, och endast längs de mest trafikerade farlederna.
I en färsk tidning, ett internationellt team av forskare från Royal Netherlands Meteorological Institute (KNMI), Wageningen University, inspektionen för mänsklig miljö och transport vid ministeriet för infrastruktur och vattenförvaltning, Aristoteles universitet i Thessaloniki och Nanjing University of Information Science &Technology, har nu upptäckt mönster i tidigare oanvända "solglimt" satellitdata över havet som starkt liknar fartygsutsläppsplymer.
Solglimt uppstår när solljus reflekteras från havets yta i samma vinkel som en satellitsensor ser på det. Eftersom vattenytor är oregelbundna och ojämna, solljuset sprids i olika riktningar, lämnar suddiga ljusstrimmor i data.
Satellitalgoritmer tenderar att missta sådana ljusa ytor för molnighet, vilket är anledningen till, under en lång tid, solglimt ansågs vara en olägenhet vid satellitmätningar. Att skilja moln från andra ljusa reflekterande ytor som snö, moln eller till och med solglimt över havsytan har visat sig vara svårt – fram till nu.
Solglimtmönster som sett i satellitdata från VIIRS-satelliten den 2 juli 2018. De mörka fläckarna i mitten av solglimt är platser där havsytan är nästan platt (avsaknad av vindvågor) och fungerar som en sann spegel, i så fall försvinner solglimteffekten. Kredit:NASA
I en studie som publicerades förra året, forskare kunde skilja snö och is från moln genom att mäta molnets höjd och jämföra den med höjden på ytan. Om molnets höjd visar sig vara tillräckligt nära ytan, det kan betraktas som antingen snö eller is, snarare än molntäckning.
När man använder samma metod för solglimt över hav, teamet kunde enkelt identifiera och tillskriva utsläpp från enskilda fartyg i dagliga Sentinel-5P-mätningar.
Aris Georgoulias, från University of Thessaloniki, kommenterade, "Genom att kombinera dessa mätningar med information om fartygets plats, och med hänsyn till effekten av att vinden blåser utsläppsplymer bort från fartygsrökstaplar, vi kunde visa att dessa strukturer nästan perfekt matchade fartygets spår."
"Tills vidare, bara de största fartygen, eller flera fartyg som reser i konvoj, är synliga i satellitmätningarna, " tillade Jos de Laat, från KNMI. "Skeppsspår från små fartyg som aldrig var i linje med dessa utsläppsplymstrukturer, om inte deras spår korsade spåret av större fartyg eller stora sjöfartsleder, eller ett litet fartyg färdades i en trafikerad farled."
Claus Zehner, ESA:s Sentinel-5P uppdragschef, kommenterade, "Vi tycker att dessa nya resultat visar spännande möjligheter för övervakning av fartygsutsläpp till stöd för miljöreglering från rymden. Framtida planerade satellituppdrag med förbättrad rumslig upplösning, till exempel Copernicus Anthropogenic Carbon Dioxide Monitoring-satelliter, bör möjliggöra en bättre karakterisering av kvävedioxidutsläpp från fartyg och, eventuellt, upptäckt av mindre fartygsplymer."
