نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی نقشه برداری، دانشگاه صنعتی اراک

10.52547/envs.2022.220983.1026

چکیده

یکی از اساسی‌ترین مشکلات امروز دنیا، بحث آلودگی هوا و اثرات آن بر سلامت انسان است. کشور در حال توسعه ایران هم از این امر مستثنی نمی‌باشد. وجود آلاینده‌هایی همچون دی اکسید نیتروژن، دی اکسید گوگرد، مونوکسید کربن و ذرات معلق (آئروسل‌ها) علاوه تاثیرات مخرب جدی بر سلامتی انسان، باعث آسیب به پوشش گیاهی و بروز تغییرات اقلیمی جهانی می‌شود، لذا لزوم پایش جامع آلاینده‌ها و به تبع آن اتخاذ تصمیمات صحیح مدیریتی جهت مقابله با این بحران ضروری به نظر می‌رسد. یکی از ابزارهای قدرتمند در پایش آلودگی هوا، روش‌های مبتنی بر سنجش از دور می‌باشد. سنتینل-5 آخرین پروژه سازمان فضایی اتحادیه اروپا می‌باشد (با همکاری کشور هلند) که با استفاده از سنجنده (TROPOMI) تصاویری در باندهای طیفی متنوع اخذ می‌کند و ابزاری بسیار مناسب جهت پایش بسیاری از آلاینده‌های هوا محسوب می‌گردد.
- مواد و روش‌ها:
در این مطالعه، پایشی جامع بر اساس مقادیر برخی از مهم‌ترین آلاینده‌های هوا از جمله دی اکسید نیتروژن، دی اکسید گوگرد، مونوکسید کربن و ذرات معلق، با استفاده از تصاویر ماهواره سنتینل-5 برای 20 شهر بزرگ و صنعتی ایران در سال 2019 و 2020 صورت گرفته است. در این پژوهش، از تعداد بالایی تصویر سطح سه که از طریق موتور گوگل ارث (Google Earth Engine) فراخوانی شده‌اند، استفاده شده است. صحت پایش صورت گرفته با استفاده از ایستگاه‌های ثبت آلاینده‌های زمینی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
- نتایج و بحث:
نتایج این ارزیابی نشان می‌دهد که مقادیر پایش با استفاده از تصاویر ماهواره سنتینل-5 حداقل 78% با مقادیر پایش شده توسط ایستگاه‌های زمینی همبستگی دارد. بنابراین می‌توان از پتانسیل بالای تصاویر ماهوره سنتینل-5 در مطالعات کلان مدیریتی با هدف کاهش آلاینده‌های هوا استفاده نمود. پایش صورت گرفته بوسیله تصاویر ماهواره سنتینل-5 نشان می‌دهد که در سال 2019، تهران آلوده‌ترین هوا را به لحاظ مجموع گازهای مونوکسید کربن، دی اکسید نیتروژن، دی اکسید گوگرد و ذرات معلق (گرد و غبار) داشته است. همچنین زنجان کمترین میزان آلودگی را در مقایسه با سایر شهرستان‌های مورد مطالعه داشته است. در سال 2020، باز هم تهران به عنوان آلوده‌ترین شهر ایران شناخته می‌شود. در این سال نیز هوای زنجان در قیاس با سایر شهرستان‌های مورد مطالعه وضعیت بهتری داشته است. مشاهده می‌شود که کرج و کرمانشاه در سال 2020 در مقایسه با سال 2019 افزایش آلودگی هوای قابل توجهی داشته‌اند. از دیگر نتایج مهم این تحقیق این است که در مجموع میزان آلودگی هوا در سال 2020 در مقایسه با سال 2019 با روندی کاهشی مواجه شده است که شاید یکی از مهمترین دلایل، تاثیرگذاری همه‌گیری ویروس کرونا در سال 2020 و کاهش نسبی (و البته اندک) فعالیت‌های صنعتی و کاهش ترافیک خودروها می‌باشد.
- نتیجه گیری:
به طور کلی، نتایج این تحقیق نشان داد که می‌توان با استفاده از تصاویر سنجنده (TROPOMI) نصب بر روی ماهواره سنتینل-5 به عنوان ابزای قدرتمند و در دسترس، با دقت قابل قبول، بصورت سیستماتیک آلاینده‌های هوای شهرهای کشور را پایش نمود و نتایج آن را در اختیار سایر محققین و یا مسئولین قرار داد تا از این نتایج در جهت تصمیم‌گیری‌های مناسب در مدیریت کلان شهرها و همچنین کشور بهره برد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Air pollution monitoring using Sentinel-5 (Case study: Big industrial cities of Iran)

نویسندگان [English]

  • Mohammad Amin Ghannadi
  • Matin Shahri
  • amirreza Moradi

Department of Surveying Engineering، Arak University of Technology

چکیده [English]

- Introduction:
Air pollution and its negative effects on human health have become a major issue around the world, especially in developing countries and Iran. Contaminants such as nitrogen dioxide, sulfur dioxide, carbon monoxide, and aerosols, in addition to having significant negative health consequences, cause to damage vegetation and contribute to global climate change. Therefore, the comprehensive monitoring of pollutants and, consequently, appropriate management decisions to address the issue is required. Remote sensing methods, especially Sentinel-5, the European Space Agency's most recent project (in collaboration with the Netherlands), which allows for the capture of images in various spectral bands using a TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI)sensor, are recognized as a useful tool for monitoring various types of air pollutants.
- Material and methods:
In this analysis, the most significant air contaminants such as nitrogen dioxide, sulfur dioxide, carbon monoxide, and aerosol were monitored using Sentinel-5 satellite images for 20 major industrial cities in Iran in 2019 and 2020. A large number of level-3 images collected from Google Earth Engine were used in this research. Ground-based stations were used to verify the monitoring process.
- Results:
The results show that monitoring values obtained using Sentinel-5 satellite images are at least 78 percent correlated with ground-based station values. As a result, it has been demonstrated that Sentinel-5 satellite images can be successfully used in management studies with the aim of reducing air pollution. Based on the results, it can also be inferred that, Tehran and Zanjan are respectively the most and the least polluted city in terms of total carbon monoxide, nitrogen dioxide, sulfur dioxide and dust in 2019. The same is true in 2020. It is also clear that air pollution levels in Karaj and Kermanshah increased significantly in 2020 compared to 2019. Another significant finding is that, in general, air pollution levels in 2020 are lower than in 2019. One significant explanation may be the effect of the Covid-19 pandemic in 2020, which resulted in a decrease in industrial activity and reduced traffic and congestion on the roads.
- Conclusion:
In general, the results of this research showed that it is possible to systematically monitor the air pollutants using images captured by TROPOMI sensor on the Sentinel-5 satellite with acceptable accuracy. The results of this study can help researchers and urban managers for appropriate management in metropolitan areas.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Air pollution
  • Sentinel-5 Images
  • TROPOMI
  • Industrial cities of Iran