Utilizarea platformei Google Earth Engine pentru a studia poluarea aerului a furnizat date interesante despre Italia legate de pandemia de coronavirus.

Coautor: Vasily Lobanov

O captura de ecran din aplicatia CompareNO2 care arata o schimbare brusca a nivelului NO₂ in nordul Italiei intre ianuarie 2020 (stanga) si februarie / martie 2020 (dreapta).

O noua boala coronavirus (COVID-19) a aparut in cel putin 167 de tari pana la 20 martie 2020. Milioane de persoane au fost in carantina de la sfarsitul anului 2019, care a devenit cel mai mare eveniment din istoria umana de acest gen .² ³ in consecinta, o recesiune economica mondiala are loc in intreaga lume. In timp ce guvernele incearca sa opreasca functionarea intreprinderilor si a vehiculelor pentru a reduce raspandirea infectiei, oamenii ard mai putin combustibil in centrale electrice, avioane, masini si camioane. Ca urmare, cantitatea de dioxid de azot (NO₂) care intra in atmosfera se reduce. Procese similare cu poluarea aerului scad, de asemenea, au loc in timpul sarbatorilor nationale sau culturale si au fost deja studiate

Recent, expertii NASA si ESA au aratat corelatia dintre o reducere a poluarii aerului cu NO₂ si o scadere a ratei de productie in China in timpul izbucnirii coronavirusului.

Array

Relatia dintre emisiile reduse si faptul ca oamenii se misca putin sau lucreaza mai putin este incontestabila. Dar aceste date pot ajuta la rezolvarea unei sarcini inverse: evaluarea gradului de activitate economica a unui teritoriu in functie de nivelul de poluare masurat din spatiu. De multi ani, o problema semnificativa a fost studiul relatiei dintre bunastarea umana si caracteristicile de mediu masurate. Fiecare dintre acesti parametri poate raspunde diferit fenomenelor sociale si economice. Prin urmare, studiul lor ar trebui sa fie cat mai cuprinzator posibil. Unele legaturi intre indicatorii activitatii economice si mediul inconjurator, de exemplu, au fost prezentate intr-un articol american din 1995 care compara venitul pe cap de locuitor cu poluarea aerului urban, conditiile de oxigen si poluarea bazinelor hidrografice cu fecale si metale grele.

Progresele ultimilor sateliti de teledetectie ai Pamantului permit oamenilor de stiinta sa evalueze cu exactitate diferitii parametri ai planetei noastre pe intreaga sa suprafata cu rezolutie si frecventa ridicata.

Array

Si se dovedeste ca datele mari acumulate despre poluarea atmosferica pot fi utile nu numai climatologilor si ecologistilor, ci si cercetatorilor de procese si fenomene socio-economice.

Am dezvoltat ideile colegilor straini de la NASA si ESA impreuna cu Vasily Lobanov, director al Centrului de teledetectie de la Universitatea RUDN, Rusia. Realizam o aplicatie web interactiva Compare NO2 , care permite estimarea dinamicii emisiilor de dioxid de azot in diferite regiuni ale lumii. Scopul este de a crea o aplicatie web deschisa si usor de utilizat, care scade pragul de intrare pentru cercetatorii care studiaza gazele urme. CompareNO2 este alimentat de platforma Google Earth Engine , care combina un catalog multi-petabyte de imagini din satelit si seturi de date geospatiale cu capacitati de analiza planetara.

Incercati CompareNO2 pentru a crea propria vizualizare NO₂.

Sursa pentru masurarea nivelurilor de NO₂ sunt datele satelitului european Sentinel-5P , echipat cu un spectrometru avansat. Colecteaza esantioane de ozon, dioxid de azot si alti poluanti atmosferici cu un grad de detaliu mai mare decat toti senzorii anteriori anteriori.

Array

Disponibilitatea unor date atmosferice atat de bogate face posibila urmarirea poluantilor si dezvoltarea previziunilor cu o precizie ridicata. O alta sursa esentiala de informatii sunt seturile de date meteorologice de la Centrele Hidrometeorologice din Rusia si NASA, pe care le vom implementa in curand in aplicatie.

Animatie pe computer care arata pe Sentinel-5P pe orbita. Acest satelit este capabil sa masoare concentratia diferitelor urme de gaze din atmosfera.

CompareNO2 este in curs de dezvoltare activa acum, dar puteti vedea deja cateva rezultate interesante obtinute din acesta. Sa verificam ce se intampla in Italia si, in special, in Lombardia, una dintre cele mai dezvoltate regiuni ale acestei tari, care a fost grav afectata de epidemie.

In Italia in ansamblu, de la sfarsitul lunii februarie 2020, cand guvernul a introdus masuri restrictive, nivelul dioxidului de azot a scazut in medie de 1,4 ori.

In Lombardia, aceasta scadere este mai pronuntata – in medie, de 2,9 ori. Desigur, conditiile meteorologice afecteaza puternic situatia. Cu toate acestea, o comparatie cu anul precedent arata o scadere a cantitatii de NO₂ mai mica decat se astepta in acest sezon.

O serie cronologica care inregistreaza ca, la inceputul lunii martie 2020, continutul mediu de NO₂ din troposfera deasupra Lombardiei a scazut de 2,9 ori fata de sfarsitul lunii februarie 2020.

Cu CompareNO2, am analizat dinamica dioxidului de azot in mai multe puncte de interes folosind peste 600 de imagini Sentinel-5p. Daca va uitati la masuratorile punctuale ale densitatii NO₂ in orasele individuale de mai jos, puteti observa o scadere sezoniera atipica. Retineti ca concentratia maxima de NO₂ are loc in timpul iernii, care se datoreaza partial conditiilor meteorologice nefavorabile care impiedica autocuratarea atmosferei si insotita de emisii maxime ale centralelor termice. Sezonalitatea nivelurilor de dioxid de azot se remarca in special in centre industriale atat de mari precum Milano, Verona si Vicenza. Dar toti impartasesc un declin drastic neobisnuit la sfarsitul lunii februarie 2020, care corespunde seriei temporale de harti furnizate mai sus.

Am realizat acest grafic in CompareNO2 dupa analiza a peste 600 de imagini Sentinel-5P care au fost grupate pe intervale de 14 zile. Afiseaza variatiile densitatii coloanei verticale troposferice a NO₂ in diferite orase din Italia din ianuarie 2019 pana in martie 2020. Puteti observa o lista verticala drastica netipica in Milano, Verona, Vicenza si Roma, care incepe de la sfarsitul lunii februarie 2020.

Datele prezentate pe grafic confirma tendinta asteptata. La Milano, la inceputul lunii martie 2020, nivelul NO₂ a scazut de 2 ori fata de aceeasi perioada a anului trecut, la Verona – de 1,8 ori, la Vicenza – de 1,5 ori. CompareNO2 va permite sa nu obtineti un set de harti si animatii interesante pe care jurnalistii le place sa le plaseze in emisiunile de stiri. Valoarea este ca puteti cuantifica dinamica poluarii aerului in orice punct de pe planeta cu foarte multe detalii. Astfel, dupa sfarsitul pandemiei, intentionam sa folosim astfel de date pentru a efectua un studiu mai serios pentru a evalua posibilitatea de a prezice indicatorii socio-economici din imaginile din satelit.

Expertii din diferite domenii adiacente se lupta cu problemele de procesare si programare a datelor mari atunci cand incearca sa extraga valoarea stiintifica din datele de observare a Pamantului. Pentru astfel de persoane, publicam materiale de instruire despre cum sa creati si sa utilizati aplicatii web cu intensitate mare de date pe platforma Google Earth Engine in blogul nostru mediu numit Geospatial Team. In curand deschidem accesul la CompareNO2 si veti putea, de asemenea, sa studiati poluarea aerului in regiunile de interes.

  1. Situatia Coronavirusului nou (COVID-19) – un tablou de bord cartografic de catre Organizatia Mondiala a Sanatatii. Data accesului: 20.03.2020
  2. Carantina fara precedent a Chinei de 11 milioane de oameni din Wuhan are 3 saptamani. Iata cum este in orasul izolat . (15.02.2020). Business Insider
  3. Coronavirus: Italia extinde masurile de urgenta la nivel national . (10.03.2020). BBC
  4. Coronavirus: un ghid vizual al impactului economic . (16.03.2020). BBC
  5. Pei-Hua Tan, Chia Chou, Jing-Yi Liang, Charles C.-K. Chou, Chein-Jung Shiu, „Efectul de vacanta” al poluarii aerului rezultat din Anul Nou chinezesc, mediul atmosferic , volumul 43, numarul 13, 2009, paginile 2114–2124, ISSN 1352–2310, https://doi.org/10.1016 /j.atmosenv.2009.01.037
  6. Gene M. Grossman, Alan B. Krueger. (Mai 1995). Economic Growth and the Environment, The Quarterly Journal of Economics , Volumul 110, Numarul 2, Pagini 353–377, https://doi.org/10.2307/2118443
  7. Noel Gorelick, Matt Hancher, Mike Dixon, Simon Ilyushchenko, David Thau, Rebecca Moore. Google Earth Engine: analiza geospatiala la scara planetara pentru toata lumea , Teledetectia mediului, volumul 202, 2017, paginile 18–27, ISSN 0034–4257, https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.06.031
  8. Copernic: Sentinel-5P . ESA eoPortal Directory. Data accesului: 20.03.2020
  9. Luca Piana. L’impatto del coronavirus sull’Italia spa: posibil un danno da 641 miliardi . (16.03.2020). La Repubblica

Imagine (un satelit peste Pamant): ESA.

ARTICOLE SIMILAREDE LA ACELAȘI AUTOR