Kijk om je heen. Kun je de lucht zien? Nee?

Gelukkig, veel van NASA's aardobservatiesatellieten kunnen zien wat het menselijk oog niet kan zien, inclusief potentieel schadelijke verontreinigende stoffen die in de lucht die we inademen, achterblijven. Vanuit het uitkijkpunt van de ruimte, deze satellieten helpen ons de luchtvervuiling te meten en te volgen terwijl deze over de hele wereld beweegt en hebben aanzienlijk bijgedragen aan onze decennialange zoektocht naar schonere lucht.

Als we het hebben over "luchtvervuiling, " we hebben het over chemicaliën of deeltjes in de atmosfeer waarvan bekend is dat ze negatieve gezondheidseffecten hebben op mensen. De Clean Air Act van 1970 stelde wetgeving vast die het volgen van zes van die verontreinigende stoffen vereist:stikstofdioxide (NO2), ozon op leefniveau, koolmonoxide, fijnstof (microscopisch kleine vlekjes van vast of vloeibaar materiaal in de lucht), zwaveldioxide, en leiden. Satellietinstrumenten meten al deze, behalve lood.

NASA is al tientallen jaren betrokken bij de studie van luchtkwaliteit vanuit de ruimte en met grondsensoren, het creëren van een tijdreeks van wereldwijde gegevensrecords die essentieel zijn voor het begrijpen van de gevolgen en oorzaken van luchtvervuiling en voor het helpen ontwerpen van oplossingen. Dit artikel belicht enkele van de vele projecten die nu lopen en gepland zijn voor de komende jaren.

Gemeten in de ruimte, Gebruikt op aarde

Bij het analyseren van gegevens in de ruimte, één ding is overduidelijk:het verminderen van emissies door menselijke activiteiten kan een diepgaand effect hebben op de luchtkwaliteit.

China's recente grootschalige reactie op de COVID-19-pandemie, waaronder quarantaines en beperkingen op industriële activiteiten en reizen, is daar een bijzonder levendig voorbeeld van. Gegevens van instrumenten op NASA's Aura en de Sentinel-5-satellieten van de European Space Agency toonden een significante afname van stikstofdioxide (NO2) - een schadelijk gas dat wordt uitgestoten door elektriciteitscentrales, industriële installaties en motorvoertuigen - in die tijd in een groot deel van het land.

De pandemie biedt een unieke use-case voor aardobservaties in de ruimte; echter, satelliet-afgeleide luchtkwaliteitsgegevens hebben toepassingen in een breed scala aan disciplines. Dat is waar NASA's programma voor gezondheids- en luchtkwaliteitstoepassingen zijn waarde aantoont. Het programma bouwt waardevolle partnerschappen op met andere agentschappen, industrie en non-profitorganisaties om het gebruik van deze gegevens bij het oplossen van problemen in de echte wereld te vergemakkelijken.

"We hebben een project gefinancierd onder leiding van de Environmental Protection Agency (EPA) om NASA-aardobservaties te assimileren in hun "AirNow" -systeem, ", aldus programmamanager John Haynes.

Het AirNow-systeem is het EPA-platform voor de distributie van nationale, realtime luchtkwaliteitsrapporten en -voorspellingen. De metingen komen voornamelijk van duizenden meetstations op de grond in de Verenigde Staten, Mexico, en Canada; echter, die grondmeetstations zijn niet allesomvattend.

"De grondmonitors bestrijken een groot deel van de VS, vooral rond grootstedelijke gebieden. Maar er zijn grote delen van het land die geen meetstations hebben, " zei Haynes. "Door de introductie van optische dieptewaarnemingen van satellietaerosolen van het MODIS-instrument, we kunnen die gebieden ook meten, waardoor we ons een nauwkeuriger beeld kunnen vormen van hoe luchtvervuiling - en met name fijnstof - over het land wordt verdeeld en in de loop van de tijd verandert."

Door gegevens van het Ozon Monitoring Instrument (OMI) op te nemen, een Nederlands-Finse bijdrage aan NASA's Aura-satellietmissie, de EPA en NASA waren ook in staat om een ​​significante daling van NO2 in de afgelopen 15 jaar in de Verenigde Staten vast te stellen - bewijs dat de voorschriften die 50 jaar geleden door de Clean Air Act zijn ingevoerd - voorschriften voor het rijden met benzinemotoren, een verschuiving naar schonere brandstoffen, enzovoort - zijn, inderdaad, werken.

"We hebben kunnen laten zien dat sinds 2004, De NO2-niveaus zijn met maar liefst 50% gedaald, afhankelijk van over welk grootstedelijk gebied we het hebben. In feite, de lucht in de Verenigde Staten is nu de schoonste in het moderne industriële tijdperk, ' zei Haynes.

De (data)punten verbinden

Met de overvloed aan gegevens die binnenkomen - er zijn momenteel tientallen aardobservatiesatellieten in een baan om de aarde - is een van de grootste uitdagingen het verbinden van belanghebbenden met de juiste "tools" of datasets voor wat ze proberen te bereiken, en in sommige gevallen, hen te leren hoe ze dit soort gegevens in hun planning kunnen opnemen.

"Om dit probleem aan te pakken, ons team heeft een website ontwikkeld waar we gebruikers helpen bij het navigeren door al deze bronnen, van iemand die nog nooit echt satellietgegevens heeft gebruikt tot meer geavanceerde belanghebbenden die betere beslissingen willen nemen en het publiek willen informeren over kwesties van luchtkwaliteit, " zegt Tracey Holloway, leider van het door NASA gefinancierde Health and Air Quality Applied Sciences Team (HAQAST), een groep wetenschappers op het gebied van luchtkwaliteit en volksgezondheid van overheidsinstellingen en universiteiten in het hele land.

Bosbranden in Californië, bijvoorbeeld, hebben de afgelopen jaren tot bezorgdheid over de luchtkwaliteit geleid. Een HAQAST-tijgerteam kon emissies bekijken en nieuwe methoden ontwikkelen om bestaande gegevens van de VIIRS- en MODIS-instrumenten te gebruiken om de staat Californië te ondersteunen bij het begrijpen en kwantificeren van emissies. HAQAST hielp ook om gegevens van nieuwere satellieten zoals GOES-16 in handen van de staat te krijgen.

Volgens het Global Burden of Disease-rapport, luchtvervuiling is de belangrijkste milieuoorzaak van sterfte - een statistiek waarvan velen in de volksgezondheidssector zich terdege bewust zijn. En de beschikbaarheid van satellietwaarnemingen verandert de dialoog eromheen.

"Alleen binnen de gezondheidsgemeenschap, we hebben de groeiende trend waargenomen van onderzoekssamenwerkingen die expertise over milieugezondheidsdisciplines overbruggen. Terwijl we de wereldwijde gezondheidswerkers blijven trainen, we moeten de vaardigheden identificeren die het personeel kunnen voorbereiden om de opkomende risico's van de toekomst te beheersen. Bijvoorbeeld, een set vaardigheden is de kennis en het gebruik van innovatieve gegevensbronnen, waaronder satellietgegevens, of ze nu gegevens toepassen voor onderzoeksdoeleinden of bevindingen interpreteren voor educatieve outreach-activiteiten, " zei Helena Chapman, associate programmamanager van NASA Health en Air Quality-toepassingen.

Holloway voegt toe, "De overvloed aan satellietgegevens op dit moment is verbazingwekkend. Alleen al in de afgelopen 10 jaar, het is opmerkelijk hoeveel agentschappen, non-profitorganisaties, steden en staten zijn van niet eens wetende dat satellieten luchtvervuiling kunnen detecteren, naar het actief gebruiken van de gegevens in hun dagelijkse activiteiten."

Vooruit kijken

Direct, onze satellieten kunnen dagelijks een aantal chemicaliën in de lucht boven de Verenigde Staten en wereldwijd meten. Maar verschillende missies die in de komende jaren zullen worden gelanceerd, zullen het nog beter kunnen doen.

Bijvoorbeeld, de missie Tropospheric Emissions:Monitoring Pollution (TEMPO) is ontworpen om verschillende verontreinigende stoffen, waaronder NO2 en ozon, boven de Verenigde Staten te meten gedurende elk daglichtuur. TEMPO geeft wetenschappers de mogelijkheid om te zien hoe vervuilingsbronnen en -concentraties in de loop van een dag veranderen. Onderdeel van een internationale constellatie van soortgelijke satellieten, waaronder de Geostationary Environment Monitoring Spectrometer (GEMS) van Zuid-Korea, en de Sentinel-4 van de European Space Agency, TEMPO staat gepland voor 2022.

De missie Multi-Angle Imager for Aerosols (MAIA), ook gepland voor lancering in de vroege jaren 2020, zal ons begrip van fijnstof verbeteren - die kleine, microscopisch kleine deeltjes die in de lucht blijven hangen - met bijzondere aandacht voor grote stedelijke gebieden. Gegevens zoals deze zullen de gezondheidsgemeenschap helpen om het verband tussen verontreinigende aerosolen en gezondheidsproblemen, waaronder nadelige geboorteresultaten en hart- en vaatziekten, beter te begrijpen.

"MAIA zal ons in staat stellen om deze aerosolen in detail te bestuderen, vertel ons hoe groot ze zijn en hoeveel van hen in die zeer kleine categorie vallen die het schadelijkst is voor de menselijke gezondheid, " zei Barry Lefer, programmawetenschapper van het Tropospheric Composition-programma van NASA. "We zullen ook beter kunnen begrijpen waaruit de deeltjes zijn gemaakt, wat ons zal leiden naar waar ze vandaan kwamen (zoals auto-uitlaat bijvoorbeeld)."

Nog verder in de toekomst, de mogelijkheden zijn talrijk.

"Ik zou graag een toekomst zien waarin realtime aardobservatiegegevens naadloos en continu beschikbaar zijn voor iedereen - van de baan tot de palm van je hand, " zei Haynes. "Het zou iedereen in staat stellen snelle beslissingen te nemen met betrekking tot luchtkwaliteit en hun gezondheid."