Супутники почали картувати дим від пожеж у 3D-форматі

Нова супутникова технологія дозволяє створювати 3D-карти димових шлейфів для попереджень про якість повітря на рівні окремих районів

Джерело: phys.org

Канада знову стикається з небезпечним сезоном лісових пожеж: дим від вогню охоплює провінції і знову проникає в США. Темпи пожеж 2025 року нагадують рекордний сезон 2023-го, коли мільйони жителів Північної Америки зазнали впливу небезпечного рівня забруднення повітря.

Протягом останнього десятиліття фахівці могли відстежувати димові шлейфи за допомогою супутників, але зображення були лише двовимірними: не можна було визначити, наскільки близько дим до земної поверхні.

А висота диму має значення.

Якщо димовий шлейф перебуває високо в атмосфері, він не впливає на повітря, яким дихають люди — він просто проходить над головами.

Але коли дим залишається ближче до поверхні, люди вдихають хімічні речовини та дрібні частинки від пожеж. Ці частинки, відомі як PM2.5, здатні проникати глибоко в легені та погіршувати перебіг астми й інших респіраторних або серцево-судинних захворювань.

Агентство з охорони навколишнього середовища США (EPA) використовує мережу наземних моніторів якості повітря для формування попереджень, але таких приладів небагато, і вони розміщені нерівномірно, тож прогнози часто є лише загальними оцінками.

Тепер же новий супутниковий метод, над яким я разом із колегами з університетів та федеральних агенцій працюю вже два роки, дає змогу створювати тривимірне зображення димових шлейфів, що дозволяє науковцям і фахівцям з якості повітря оцінювати ризики аж до рівня окремих районів — і в містах, і в сільській місцевості.

Побудова національної системи моніторингу диму

Новий метод використовує дані з супутника TEMPO (Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution), який NASA запустило у 2023 році.

TEMPO дозволяє визначати висоту димових шлейфів за тим, скільки світла, з довжиною хвилі 688 нанометрів, поглинається молекулами кисню. Високі шлейфи в атмосфері відбивають більше сонячного світла назад у космос, а нижчі — менше, бо ближче до поверхні більше кисню, що поглинає це світло.

Розуміння цієї фізики дозволило вченим створити алгоритми, які використовують дані TEMPO для визначення висоти диму й побудови його 3D-карти майже в реальному часі.

Поєднуючи дані TEMPO з вимірами частинок у повітрі, які надходять з супутників NOAA серії GOES-R, метеорологи можуть точніше оцінювати ризики для здоров'я — за умови, що хмари не заважають спостереженням.

Це — значний прорив у порівнянні з використанням наземних моніторів, які можуть бути розміщені за сотні кілометрів один від одного. Наприклад, в Айові на день спостереження працювало лише близько 50 моніторів на площі понад 145 тис. км² — і більшість із них розташовані біля великих міст.

Інструмент NOAA AerosolWatch вже надає майже в реальному часі зображення димових шлейфів із GOES-R, і агентство планує додати до них дані TEMPO про висоту диму. Прототип цієї системи, створений у рамках нашого дослідницького проєкту FireAQ, підтриманого NASA, дозволяє користувачам збільшувати масштаб до рівня району, щоб побачити висоту диму. Однак наразі цей прототип оновлюється лише раз на день, а в умовах хмарності не може надавати інформацію про висоту диму.

Ризики для здоров’я зростають

Ризик пожеж зростає по всій Північній Америці — внаслідок глобального потепління та збільшення населення в зонах дикої природи.

Попри те, що з 2000 по 2020 рік якість повітря в більшості США покращилася завдяки суворішому регулюванню викидів від транспорту й електростанцій, лісові пожежі знівелювали цей прогрес у західних штатах. Дослідження показали, що дим від пожеж фактично стер майже два десятиліття покращення якості повітря в цих регіонах.