Verontreiniging van individuele schepen vanuit de ruimte detecteren

[univers]

Voor het eerst kunnen wetenschappers met behulp van gegevens van de Copernicus Sentinel-5P-satelliet nu stikstofdioxide-pluimen van individuele schepen vanuit de ruimte detecteren.


Voor het eerst kunnen wetenschappers met behulp van gegevens van de Copernicus Sentinel-5P-satelliet nu stikstofdioxide-pluimen van individuele schepen vanuit de ruimte detecteren. Deze afbeelding toont de stikstofdioxide-emissiepatronen in donkerrood boven de centrale Middellandse Zee op 2 juli 2018.

Zeevervoer heeft een directe impact op de luchtkwaliteit in veel kuststeden. Commerciële schepen en schepen verbranden brandstof voor energie en stoten verschillende soorten luchtverontreiniging uit als bijproduct, waardoor de luchtkwaliteit achteruitgaat. Een eerdere studie schatte dat de uitstoot van schepen wereldwijd verantwoordelijk is voor ongeveer 400.000 vroegtijdige sterfgevallen als gevolg van longkanker en hart- en vaatziekten, en 14 miljoen gevallen van astma bij kinderen per jaar.

Om deze reden zijn er in het afgelopen decennium inspanningen geleverd om internationale emissievoorschriften voor de scheepvaart te ontwikkelen. Sinds januari 2020 is het maximale zwaveldioxidegehalte van scheepsbrandstoffen wereldwijd verlaagd tot 0,5% (in plaats van 3,5%) om de luchtvervuiling te verminderen en de gezondheid en het milieu te beschermen. De verwachting is dat de uitstoot van stikstofdioxide door de scheepvaart de komende jaren ook beperkt wordt.

Het toezicht op schepen om aan deze voorschriften te voldoen, is nog steeds een onopgelost probleem. De open oceaan beslaat uitgestrekte gebieden, met beperkte of geen capaciteit om lokale controles uit te voeren. Dit is waar satellieten, zoals de Copernicus Sentinel-5P-satelliet , van pas komen.


Voor het eerst kunnen wetenschappers met behulp van gegevens van de Copernicus Sentinel-5P-satelliet nu stikstofdioxide-pluimen van individuele schepen vanuit de ruimte detecteren.
De afbeelding toont de stikstofdioxidepatronen onder kijkomstandigheden in de zon, evenals windvelden van 10 meter uit de ECMWF-operationele modelanalyses en AIS-scheepslocaties van de afgelopen drie uur vóór en tot de viaducttijd van de Sentinel-5P. Donkere magentakleuren worden gebruikt voor de scheepsposities die dicht bij de viaducttijd van de satelliet liggen en helderdere magentakleuren voor eerdere scheepsposities.
Afbeelding B is een voorbeeld van de oorspronkelijke AIS-locaties (stippen) en de door de wind verschoven pluimlocaties (kruisen) van een schip (schip 6) ten tijde van het viaduct van TROPOMI. Afbeelding C is hetzelfde als Afbeelding A maar voor de geprojecteerde wind-verschoven pluimlocaties van de 40 schepen met een lengte groter dan 200 m. De schepen zijn genummerd op basis van hun stikstofdioxidegehalte. Donkermagentakleuren worden gebruikt voor scheepspluimen die dicht bij het viaduct van de satelliet worden uitgestoten en helderdere magentakleuren voor eerdere scheepspluimen.

Tot voor kort moesten satellietmetingen worden geaggregeerd en gemiddeld over maanden of zelfs jaren om scheepvaartroutes te ontdekken, waardoor het gebruik van satellietgegevens voor regulering, controle en handhaving werd beperkt. Alleen het gecombineerde effect van alle schepen was te zien, en alleen langs de drukste scheepvaartroutes.

In een recente paper , een internationaal team van wetenschappers van het Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI), Wageningen Universiteit, de Inspectie Leefomgeving en Transport van het Ministerie van Infrastructuur en Waterstaat, de Aristoteles Universiteit van Thessaloniki en de Nanjing University of Information Science & Technologie, hebben nu patronen ontdekt in voorheen ongebruikte 'sun glint'-satellietgegevens boven de oceaan die sterk lijken op emissiepluimen van schepen.


Glinsterende zonnestralen vormen een glinsterende baan op de oceaan.

Glinstering van de zon treedt op wanneer zonlicht op het oppervlak van de oceaan weerkaatst in dezelfde hoek als een satellietsensor het waarneemt. Omdat wateroppervlakken onregelmatig en ongelijk zijn, wordt het zonlicht in verschillende richtingen verstrooid, waardoor wazige lichtstrepen in de gegevens achterblijven.

Satellietalgoritmen hebben de neiging om zulke heldere oppervlakken voor bewolking te verwarren, en daarom werd de schittering van de zon lange tijd als hinderlijk beschouwd bij satellietmetingen. Het is tot nu toe moeilijk gebleken om wolken te onderscheiden van andere heldere reflecterende oppervlakken, zoals sneeuw, wolken of zelfs de glinstering van de zon boven het oceaanoppervlak.

In een vorig jaar gepubliceerde studie waren wetenschappers in staat sneeuw en ijs van wolken te onderscheiden door de hoogte van de wolk te meten en deze te vergelijken met de oppervlaktehoogte. Als de hoogte van de wolk voldoende dicht bij het oppervlak ligt, kan deze worden beschouwd als sneeuw of ijs, in plaats van als bewolking.

Door dezelfde methode toe te passen op de schittering van de zon boven de oceanen, was het team in staat om de emissies van individuele schepen in dagelijkse Sentinel-5P-metingen gemakkelijk te identificeren en toe te schrijven.


Glanspatroon van de zon zoals te zien in satellietgegevens van de VIIRS-satelliet op 2 juli 2018. De donkere vlekken in het midden van de schittering van de zon zijn locaties waar het zeeoppervlak bijna vlak is (geen windgolven) en fungeert als een echte spiegel, in in welk geval het glinsterende effect van de zon verdwijnt.

Aris Georgoulias, van de Universiteit van Thessaloniki, merkte op: “Door deze metingen te combineren met scheepslocatie-informatie, en rekening houdend met het effect van wind die emissiepluimen wegblaast van de rookschoorstenen van schepen, konden we aantonen dat deze constructies bijna perfect overeenkwamen met de scheepssporen . "

“Voorlopig zijn alleen de grootste schepen, of meerdere schepen die in konvooi varen, zichtbaar in de satellietmetingen”, voegt Jos de Laat van het KNMI toe. "Scheepssporen van kleine schepen zijn nooit uitgelijnd met deze emissiepluimconstructies, tenzij hun sporen de sporen van grotere schepen of grote scheepvaartroutes kruisten, of een klein schip in een drukke scheepvaartroute voer."

Claus Zehner, Sentinel-5P Mission Manager van ESA, zei: “We denken dat deze nieuwe resultaten opwindende mogelijkheden laten zien voor het monitoren van scheepsemissies ter ondersteuning van milieuregelgeving vanuit de ruimte. Toekomstige geplande satellietmissies met verbeterde ruimtelijke resolutie, bijvoorbeeld de Copernicus Anthropogenic Carbon Dioxide Monitoring-satellieten, zouden een betere karakterisering van de emissie van stikstofdioxide voor schepen mogelijk moeten maken en mogelijk ook voor de detectie van kleinere scheepspluimen. "

http://www.esa.int/Applications/Observi ... from_space