Миссия Copernicus Sentinel-4 с высоты более 36 000 км над поверхностью Земли обнаружит основные загрязнители воздуха в Европе с беспрецедентной детализацией. Будет наблюдаться их изменение на часовой основе — настоящий прорыв в прогнозировании качества воздуха.
Новый шаг в мониторинге воздуха, которым мы дышим
Sentinel-4 измеряет уровни основных загрязнителей воздуха, таких как токсичные газы диоксида азота, который образуется при сжигании ископаемого топлива, и озона, который обычно образуется с подветренной стороны от источников загрязнения. Данные Sentinel-4 помогут создать более чёткую картину распределения загрязнителей, чтобы защитить здоровье населения и, в конечном итоге, спасти жизни.
Уникальные данные о качестве воздуха в Европе и частично в Северной Африке
Sentinel-4 — первая миссия по мониторингу качества воздуха в Европе с геостационарной орбиты. Она реализована в виде ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного (UVN) спектрометра изображений, установленного на датчике звука третьего поколения Meteosat (MTG-S), геостационарном спутнике, который расположен примерно в 50 раз дальше, чем миссии на низкой околоземной орбите.
Что особенного в геостационарной орбите?
Инструмент Sentinel-4 остаётся в фиксированной позиции над экватором, значительно выше нашей атмосферы, подобно ястребу, парящему высоко над полем. Прибор постоянно держит Европу и Северную Африку в поле зрения и сканирует эту область с интервалом в час. Благодаря непрерывной связи между спутниками и землёй данные распространяются практически в реальном времени — менее чем за один час.
Бен Вейхельманн, учёный миссии Sentinel-4 и Sentinel-5 в ЕКА, подчёркивает, что «Sentinel-4 полностью меняет правила игры для прогнозирования качества воздуха».
Источники загрязнения, связанные с дорожным движением, сжиганием бытового топлива и промышленностью, быстро меняются в течение дня.
Уровни загрязнения воздуха изменяются из-за переноса ветром и различных химических процессов. Поэтому качество воздуха может быстро меняться; резкие изменения в часовом масштабе нередки. Короткие интервалы повторного посещения и время распространения данных ставят Sentinel-4 в уникальное положение для фиксации изменчивости уровней загрязнения воздуха, что гораздо лучше, чем у датчиков на спутниках на низкой околоземной орбите, которые предоставляют снимки в фиксированное время каждый день.
«Впервые мы сможем предоставлять часовую информацию о качестве воздуха в Европе», — говорит Джорджо Баньяско, менеджер проекта Sentinel-4 в ЕКА. «Это как перейти от ежедневного прогноза погоды к обновлению каждый час. Это крайне важно, когда вы пытаетесь отслеживать что-то столь динамичное, как загрязнение воздуха, которое может измениться из-за ветра и трафика за считанные часы», — добавляет Баньяско. «Такая временная разрешающая способность изменит наши представления о прогнозировании событий, связанных с загрязнением, и понимании тенденций изменения качества воздуха».
Инновационный подход
В то время как предыдущие миссии Copernicus Sentinel полагались на собственные космические аппараты, прибор Sentinel-4 установлен на борту спутника MTG-S. Подход «две миссии — один спутник» является одновременно инновационным и эффективным, объединяя миссии по метеорологии и загрязнению воздуха.
«Мы встроили специальный прибор для измерения качества воздуха в более широкий оперативный метеорологический спутник, максимально используя общую инфраструктуру и расширяя охват миссии. Это отличный пример совместной многоцелевой космической технологии», — отмечает Баньяско.
ЕКА и его дочерняя организация Eumetsat объединили усилия для реализации Sentinel-4: ЕКА позаботилось о разработке и создании спутникового прибора и набора процессоров данных. Eumetsat разработал наземный сегмент для приёма, обработки и распространения данных миссии.
Глобальная система мониторинга качества воздуха
Copernicus Sentinel-4 — это европейский вклад в глобальную систему геостационарных датчиков качества воздуха, которая включает корейский датчик GEMS для Азии и датчик NASA TEMPO для Северной Америки. Вместе три геостационарных датчика обеспечивают часовые наблюдения, охватывающие большую часть густонаселённых районов в Северном полушарии.
«Sentinel-4 является частью более широкой системы созвездия наряду с американскими и корейскими инструментами, обеспечивая дополнительное покрытие. Вместе они формируют глобальную систему, которая помогает отслеживать качество воздуха на континентах. Загрязнение не знает границ, поэтому такое международное сотрудничество даёт нам наилучшие шансы для мониторинга и реагирования в глобальном масштабе», — добавляет Вейхельманн, который также является одним из председателей Виртуального созвездия состава атмосферы, где осуществляется координация этого геостационарного созвездия мониторинга качества воздуха.
Данные Copernicus Sentinel-4 бесплатны и доступны в открытом доступе. Они будут использоваться широким кругом конечных пользователей: от поставщиков услуг по мониторингу качества воздуха до научного сообщества. Данные будут систематически использоваться службами мониторинга атмосферы Copernicus (CAMS) и Службой по изменению климата Copernicus.
Ожидается, что наблюдения Sentinel-4 улучшат услуги по мониторингу и прогнозированию качества воздуха в CAMS. Данные будут использоваться для мониторинга и прогнозирования загрязнения воздуха, выдачи предупреждений о состоянии здоровья, а также для проверки соответствия глобальным и европейским руководящим принципам по качеству окружающего воздуха и сокращению выбросов.
«Sentinel-4 — это не только мониторинг атмосферы, но и улучшение жизни людей», — отмечает Вейхельманн. «Его данные будут использоваться для прогнозов качества воздуха, оповещений о загрязнении и предупреждений о здоровье для уязвимых групп, таких как страдающие астмой. Это помогает моделировать движение загрязнения по Европе, от промышленных зон до городов, позволяя властям действовать. Эта миссия поддерживает всё: от экологической политики до общественного здравоохранения и даже климатических исследований через услуги Copernicus».
Спектрометр Copernicus Sentinel-4/UVN измеряет свет, поступающий как непосредственно от Солнца, так и от солнечного света, отражённого от поверхности Земли и атмосферы.
Когда свет проходит через атмосферу, на нём остаются «отпечатки» — сигнатуры, которые разрешаются спектрометром UVN и используются для оценки количества диоксида азота, озона, диоксида серы, формальдегида, глиоксаля и аэрозолей в атмосфере. Для озона, диоксида серы и аэрозолей сигнатуры также дают информацию о вертикальном распределении.
Баньяско добавляет: «Это научное чудо — измерение следов газов на уровне частей на миллиард, с расстояния в 36 000 км. Орбита в 50 раз дальше от Земли, чем у миссий на низкой околоземной орбите, что делает инженерную задачу огромной. Это как обнаружить закономерности загрязнения в режиме реального времени, поддерживая лиц, принимающих решения, и защищая здоровье населения».
Предоставлено Европейским космическим агентством.