6. Моніторинг та вимірювання якості повітря

6.1. Станції моніторингу якості повітря

Станції моніторингу якості повітря – це стаціонарні пункти, оснащені
науковими вимірювальними приладами, які використовуються для визначення
рівня шкідливих забруднюючих речовин в атмосфері та відстеження змін цих
рівнів у часі. Завдяки цим станціям постійно відстежується концентрація
основних забруднюючих речовин, таких як тверді частинки (PM10, PM2,5),
діоксид азоту (NO₂), діоксид сірки (SO₂), оксид вуглецю (CO) та озон
(O₃).

Сучасні системи моніторингу якості повітря, вимірюючи разом з
метеорологічними даними такі параметри, як вологість, температура,
напрямок і швидкість вітру, дають змогу аналізувати причини та наслідки
забруднення повітря. Станції моніторингу зазвичай розташовуються в
промислових районах, на перехрестях з інтенсивним рухом транспорту або в
центрах населених пунктів. Таким чином, створюються карти регіонального
забруднення і аналізується рівень якості повітря.

Країни Чорноморського басейну, розвиваючи інфраструктуру екологічного
моніторингу, відстежують транскордонне забруднення повітря шляхом
регіональної співпраці та надають дані для прийняття рішень. Отримані
дані оприлюднюються національними екологічними агентствами та
відповідними муніципалітетами у вигляді індексів якості повітря, на
основі яких формуються заходи з охорони здоров’я населення.

У країнах Чорноморського басейну створено розвинені мережі
моніторингу для постійного спостереження та оцінки якості повітря:

Румунія: Мережа, якою керує Національне агентство з охорони
навколишнього середовища (ANPM), складається з понад 150 стаціонарних
станцій. Ці станції відстежують такі забруднювачі, як PM10, PM2,5, NO₂,
SO₂, CO та O₃, відповідно до директив Європейського Союзу.
Болгарія: Система, якою керує Міністерство охорони навколишнього
середовища та водних ресурсів Болгарії, складається з приблизно 60
стаціонарних станцій. За допомогою Національної системи моніторингу
навколишнього середовища населення може отримати доступ до даних про
якість повітря.
Туреччина: Національна мережа моніторингу якості повітря (UHKİA),
що управляється Міністерством навколишнього середовища, міського
розвитку та зміни клімату, складається з понад 380 стаціонарних станцій
у 81 провінції. Дані в режимі реального часу доступні за адресою https://www.havaizleme.gov.tr.
Україна: Державне міністерство екології та природних ресурсів
проводить постійні вимірювання за допомогою станцій, встановлених у
великих містах (Київ, Одеса, Львів). Крім того, в останні роки було
збільшено інвестиції в інфраструктуру з метою посилення управління
якістю повітря.

Ця міждержавна співпраця має вирішальне значення для відстеження
транскордонного забруднення та розробки регіональної стратегії.

6.2. Моніторинг якості повітря за допомогою супутникових спостережень

Супутникові системи моніторингу дають можливість спостерігати за
якістю повітря на великій географічній території та надають цінну
інформацію про регіони, до яких традиційні вимірювальні станції не мають
доступу. Завдяки технології дистанційного зондування можна аналізувати
частинки в атмосфері, парникові гази та забруднювачі в газовій фазі, що
дає можливість проводити більш комплексні екологічні оцінки.

MODIS — це багатосмуговий датчик зображення, розроблений NASA і
встановлений на супутниках Terra (1999) та Aqua (2002). Цей датчик,
здатний вимірювати 36 різних спектральних смуг, має просторову роздільну
здатність від 250 метрів до 1 кілометра і двічі на день пролітає над
однією і тією ж територією, забезпечуючи широку часову роздільну
здатність.

Найважливішим внеском MODIS у моніторинг забруднення повітря є
визначення значень оптичної глибини аерозолю (AOD – Aerosol Optical
Depth) в атмосфері. AOD – це параметр, який показує, наскільки аерозолі
в атмосфері (частинки пилу, диму, сажі тощо) поглинають або розсіюють
сонячне світло. Оскільки між вимірюваннями PM2,5 на поверхні та AOD
існує висока кореляція, дані MODIS використовуються для прогнозування
концентрації PM2,5 у регіонах, де дані станцій відсутні або є
недостатніми.

MODIS також дозволяє оцінювати атмосферні умови, такі як виявлення
активних пожеж, вимірювання температури поверхні, хмарний покрив та
профіль вологості. Такі продукти MODIS, як MOD14 та MYD14, широко
використовуються для моніторингу раптових випадків забруднення повітря,
таких як лісові пожежі та пилові бурі. Супутник Sentinel-5P — це
спеціальна місія, запущена в рамках програми Copernicus, що реалізується
Європейським космічним агентством (ESA) з метою моніторингу якості
повітря.

Sentinel-5P (Precursor) був запущений Європейським космічним
агентством (ESA) у 2017 році в рамках програми Copernicus. Цей супутник
оснащений датчиком TROPOMI (Tropospheric Monitoring Instrument),
розробленим для вимірювання тропосферних забруднювачів повітря з високою
просторовою та спектральною роздільною здатністю.

TROPOMI здатний виявляти такі забруднювачі:

NO₂ (Діоксид азоту): Утворюється, зокрема, внаслідок
транспортного руху та промислової діяльності. За допомогою TROPOMI його
можна відстежувати з високою точністю на міському рівні.
CO (оксид вуглецю): утворюється в результаті спалювання викопного
палива та лісових пожеж.
O₃ (озон): тропосферний озон діє як забруднювач на рівні
землі.
SO₂ (Діоксид сірки): утворюється в результаті роботи теплових
електростанцій та вулканічної діяльності.
CH₄ (Метан): Пов’язаний із сільськогосподарською діяльністю та
виробництвом викопного палива.
Індекс поглинання аерозолю: Показує оптичну щільність джерел
частинок, таких як пил та дим.

Sentinel-5P, надаючи дані з роздільною здатністю 3,5 км x 5,5 км,
може створювати карти розподілу газів, що змінюються на міському рівні,
таких як NO₂. Така точність дозволяє детально спостерігати за
забрудненням повітря в містах з космосу. Супутник щодня пролітає над
певними регіонами в один і той же час, надаючи щоденні вимірювання.
Інтеграція даних Sentinel-5P у регіонах з великими та різноманітними
географічними структурами, таких як Чорноморський басейн, має
стратегічне значення для управління якістю повітря. Ці дані надають
особам, що приймають рішення, наукову основу для боротьби із
забрудненням повітря.

Спостереження за забрудненням повітря з космосу, забезпечуючи
моніторинг шкідливих газів і твердих частинок в атмосфері, сприяє
прийняттю екологічних рішень на регіональному та глобальному рівнях.
Крім MODIS і Sentinel-5P, існують і інші важливі супутникові місії.

OMI (Прилад для моніторингу озону) – NASA / KNMI
(Нідерланди) Супутник: Aura (EOS) – NASA

Рік запуску: 2004

Спектральні діапазони: 270–500 нм (УФ та видимі
діапазони)

Просторова роздільна здатність: 13 × 24 км (у режимі
високої роздільної здатності 13 × 13 км)

OMI — це прилад для вимірювання тропосферного та стратосферного
озонового шару, а також таких газів, як діоксид азоту (NO₂), діоксид
сірки (SO₂), оксид вуглецю (CO) та формальдегід (HCHO) за допомогою
УФ-видимого спектрометра. OMI також надає дані про
УФ-випромінювання, аерозольні індекси та
хмарний покрив.

Технічно, скануюча система OMI
(push-broom) охоплює велику площу за короткий час,
забезпечуючи щоденне глобальне покриття. Вимірювання NO₂ та SO₂ за
допомогою OMI часто використовуються для аналізу часових змін міських
викидів.

Дані OMI були основним джерелом інформації в багатьох дослідженнях до
появи Sentinel-5P і досі використовуються як історичний набір даних для
довгострокового аналізу забруднення повітря.

GOME-2 (Глобальний експеримент з моніторингу озону – 2) – EUMETSAT Супутник: MetOp-A, -B, -C

Роки запуску: 2006 (A), 2012 (B), 2018 (C)

Спектральний діапазон: 240–790 нм

Просторова роздільна здатність: 40 × 40 км

GOME-2 – це спектрометр, що працює в ультрафіолетовому та видимому
спектрі, який вимірює озон, NO₂, SO₂, BrO (бром діоксид), HCHO,
аерозольні індекси та властивості хмар в атмосфері. Дані GOME-2 особливо
підходять для дослідників, які хочуть проводити довгострокові
спостереження із середньою роздільною здатністю.

Завдяки можливості відстеження NO₂ та SO₂ можна скласти регіональну
карту забруднення, спричиненого вугільними електростанціями. Також
широко використовується для відстеження вулканічних
викидів.

VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) –
NOAA/NASA Супутник: Suomi NPP та NOAA-20

Роки запуску: 2011 (Suomi NPP), 2017 (NOAA-20)

Спектральні діапазони: 22 діапазони (видимий та
тепловий інфрачервоний)

Просторова роздільна здатність: 375 м і 750 м
(система подвійної роздільної здатності)

VIIRS відстежує різні параметри, такі як оптична товщина аерозолю
(AOD), температура поверхні, активні пожежі, альбедо та нічні вогні. Ця
система, яка вважається наступницею MODIS, забезпечує
високу точність зображення завдяки більш досконалим датчикам.

Вимірювання AOD використовуються для непрямого прогнозування
розподілу PM2,5. Крім того, система забезпечує детальний аналіз
поширення диму від пожеж, ефекту міського
теплового острова та інтенсивності міського
забруднення.

CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations) – NASA / CNES

Рік запуску: 2006

Датчик: LIDAR + IR-візуалізатор

Просторова роздільна здатність: вертикальна
роздільна здатність профілю 30 м (у нижній атмосфері)

CALIPSO — це спеціальна супутникова місія, яка за допомогою
технології LIDAR вимірює вертикальний профіль розподілу
хмар і аерозолів в атмосфері. Ця функція надає інформацію про
концентрацію частинок на висоті, яку
неможливо отримати за допомогою інших пасивних датчиків.

Наприклад, вона детально показує, на яких висотах в атмосфері
переноситься пил, що виходить із Сахари під час пилових бур. Крім того,
можна відстежувати, на який шар тропосфери поширюється дим, що
піднімається в промислових районах.

TEMPO (Тропосферні викиди: моніторинг забруднення) – NASA (запуск заплановано найближчим часом)

Планований запуск: 2025

Мета: щогодинний моніторинг тропосферного
забруднення повітря в США та навколо них

Особливість: перший супутниковий датчик забруднення
повітря, що працюватиме на геостатичній орбіті

Найбільшою інновацією TEMPO є можливість щогодинного
спостереження за певною територією протягом дня. Це дозволить
відстежувати короткочасні зміни, спричинені такими факторами, як
дорожній рух та споживання енергії протягом дня. Дані будуть інтегровані
з наземними датчиками, що дозволить оцінити ефективність заходів, вжитих
для боротьби із забрудненням повітря.

Різні супутникові місії вимірюють параметри забруднення повітря за
допомогою різних технічних методів і рівнів роздільної здатності. Ці
дані використовуються для таких основних цілей:

Прогнози PM2,5 та PM10 (MODIS, VIIRS, CALIPSO)
Картування викидів на основі газу (OMI, Sentinel-5P,
GOME-2)
Моніторинг пожеж, диму та пилу (MODIS, VIIRS, CALIPSO)
Аналіз джерел забруднення за висотою (CALIPSO)
Аналіз впливу політики та часових рядів (OMI, GOME-2)

Дані цих супутникових систем мають вирішальне значення для визначення
ризиків для здоров’я, пов’язаних із забрудненням повітря, створення
систем раннього попередження, моніторингу політики щодо викидів та
проведення наукових досліджень.

6.3. Мобільні додатки та спостереження в режимі реального часу

Завдяки мобільним додаткам та портативним сенсорним технологіям можна
отримати дані про якість повітря в режимі реального часу. Сьогодні
мобільні додатки, розроблені як державними установами, так і приватним
сектором, надають користувачам індекси якості повітря за місцем їхнього
перебування, що дозволяє людям діяти свідомо.

Ці програми обробляють дані, отримані від станцій та супутників, і
надають показники AQI (індекс якості повітря); вони також містять такі
функції, як аналіз історичних даних, детальні графіки за забруднювачами
та попередження про стан здоров’я. Особливо для осіб із захворюваннями
дихальних шляхів ця інформація відіграє важливу роль у плануванні
повсякденних життєвих активностей.

Крім того, за допомогою сенсорних мереж та недорогих портативних
пристроїв для моніторингу можна здійснювати моніторинг за підтримки
громадян у різних районах міст, що дозволяє отримувати дані в районах,
які не охоплюються офіційними мережами. Різні мобільні платформи та
сенсорні ініціативи, розроблені в країнах Чорноморського басейну,
сприяють розробці політики на основі даних та підвищенню соціальної
обізнаності.

Доступ до інформації про якість повітря в режимі реального часу
полегшує людям вжиття заходів проти екологічних ризиків, а також сприяє
поширенню екологічних звичок, підвищуючи екологічну свідомість.

Мобільні технології полегшують миттєвий доступ людей до інформації
про стан навколишнього середовища. Деякі з широко використовуваних у
всьому світі додатків:

IQAir – AirVisual

Розробник: IQAir (швейцарська компанія, що спеціалізується на
екологічних технологіях) Платформа: iOS, Android та веб

Зона покриття: 100+ країн, 10 000+ станцій моніторингу

Джерела даних: офіційні станції контролю якості повітря, мережі
недорогих датчиків, метеорологічні дані та моделі прогнозування на
основі штучного інтелекту

Технічні характеристики:

Відображення індексу якості повітря (AQI): візуалізуються
значення PM2,5, PM10, NO₂, CO та O₃, розраховані відповідно до
стандартів Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ).
Моніторинг у реальному часі: Додаток надає користувачеві
інформацію про поточний стан якості повітря у його місцезнаходженні та
прогноз на найближчі 72 години.
Рекомендації щодо здоров’я: Надає рекомендації для вразливих груп
населення, таких як люди похилого віку, діти та хворі на астму, з
урахуванням рівнів забруднення.
Глобальна карта якості повітря: на інтерактивній карті можна
порівняти рівні забруднення в різних містах.
Персоналізовані сповіщення: автоматично повідомляє користувача,
коли AQI перевищує критичний поріг.

Переваги використання:

Полегшує планування щоденних активностей (спорт, час перебування
на вулиці) відповідно до якості повітря.
Забезпечує глобальну обізнаність про якість повітря для
користувачів, які подорожують.

Plume Labs – Air Report Розробник: Plume Labs
(Франція) Платформа: iOS, Android

Зона покриття: 70+ країн, тисячі сенсорних точок

Джерела даних: офіційні державні станції, недорогі сенсорні пристрої
на основі користувачів, моделювання на основі прогнозів

Технічні характеристики:

Годинні прогнози забруднення: надає щогодинні рівні забруднення
протягом дня для таких забруднювачів, як PM2,5, PM10, NO₂, O₃.
Аналіз часових рядів: Можливе графічне відстеження даних про
забруднення на щоденній, щотижневій та щомісячній основі.
Сповіщення на основі місцезнаходження: надсилає сповіщення, коли
рівень забруднення в регіоні, де знаходиться користувач, досягає
критичного рівня.
Прогнозування на основі штучного інтелекту: забезпечує прогнозний
аналіз в інтеграції з даними про погоду.
Інтеграція з портативним датчиком: інтегрується з пристроєм
«Flow» і створює індивідуальну карту впливу забруднення на вулицях і
маршрутах, якими користувач ходить.

Переваги використання:

Аналіз на рівні мікросередовища: Виходить за межі міста і
забезпечує вимірювання забруднення в конкретних районах, таких як вулиці
та квартали.
Екологічний активізм та прозорість даних: надає користувачам
можливість тиснути на місцеві органи влади, ділячись своїми
даними.
Інтеграція в повсякденне життя: слугує орієнтиром для прийняття
рішень, таких як час виходу на вулицю, користування громадським
транспортом та ігровий час дітей.