De afgelopen maanden werden de uitzonderlijk grootschalige bosbranden in Australië veelvuldig in het nieuws genoemd. Als Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie zijn we betrokken bij onderzoek met instrumenten die vanuit de ruimte en vanop de grond dergelijke branden kunnen detecteren, op een indirecte manier. Wat betekent dit precies? En hoe zijn deze waarnemingen zinvol?
Welk type ogen kan branden vanuit de ruimte detecteren?
Het BIRA is sterk betrokken bij de verwerking en validatie van de gegevens die worden verzameld door TROPOMI, het wetenschappelijke instrument aan boord van de Sentinel-5P-satelliet. Deze satelliet draait rond de aarde op ongeveer 800 km hoogte, en kruist de noord- en zuidpool ongeveer zestien keer per dag. Tijdens elke baan vangt het instrument het zonlicht dat op het aardoppervlak wordt gereflecteerd over een 2600 km-breed gebied, met een individuele pixelgrootte tot 3,5 x 5 km2 (een ongelooflijk scherpe resolutie als je bedenkt hoe ver weg de satelliet is). In deze configuratie scant hij dagelijks bijna elke locatie op aarde en geeft hij ons een zeer gedetailleerd beeld van de toestand van onze globale atmosfeer.
Wat hebben we gezien?
Het TROPOMI-instrument registreert een zeer breed spectrum aan golflengten, van ultraviolet tot infrarood. Naast de verhoogde aanwezigheid van rook en stofdeeltjes, die ook met het blote oog zichtbaar zijn, kan de satelliet de aanwezigheid van branden detecteren aan de hand van licht dat voor onze ogen onzichtbaar is. In het geval van Australië kan het de branden waarnemen door de sterk toegenomen aanwezigheid van atmosferische gassen die geproduceerd worden tijdens de massale verbranding van planten, o.m. koolstofmonoxide (CO), formaldehyde (HCHO), methaan (CH4) en stikstofoxiden (NOx). Elk van deze gassen beïnvloedt op zijn eigen manier het gereflecteerde zonlicht dat door TROPOMI wordt opgevangen, waardoor we de concentratie van elk gas afzonderlijk kunnen afleiden. Bovendien meet TROPOMI niet de concentraties aan het aardoppervlak (waar we rondlopen), maar levert het een verticaal gemiddelde van de hoeveelheid atmosferische bestanddelen. Dit betekent dat de gegevens de totale hoeveelheid gas tussen het oppervlak en de bovenlimiet van de atmosfeer weergeven, alsof je een stuk van een grote bruidstaart met vele lagen tot een platte pannenkoek zou drukken.
TROPOMI ontdekte zeer grote hoeveelheden koolstofmonoxide (CO) boven Zuidoost-Australië (zie Figuur 1) die vervolgens door winden over de Stille Oceaan naar Zuid-Amerika werden getransporteerd. Koolstofmonoxide wordt geproduceerd bij onvolledige verbranding (wanneer er onvoldoende zuurstof aanwezig is) en is een giftig gas. De door de satelliet gemeten waarden vertegenwoordigen echter een verticaal gemiddelde, en moeten niet rechtstreeks worden vergeleken met de mogelijk giftige concentraties die in de buurt van het oppervlak worden gemeten. Figuur 1 toont de CO-pluimen die door de brand worden opgewekt en hoe deze pluimen over lange afstanden worden getransporteerd voordat ze in de atmosfeer worden opgelost.
Een ander gas dat door bosbranden wordt geproduceerd is formaldehyde. Dit wordt ook door TROPOMI waargenomen. Net als bij CO zijn de grote hoeveelheden formaldehyde afkomstig van de Australische bosbranden duidelijk zichtbaar in het beeld van 1 januari 2020 (zie Figuur 2). In vergelijking met CO lost formaldehyde snel op in de atmosfeer door interactie met andere gassen, en het is zeldzaam dat formaldehyde over zo’n grote afstanden wordt getransporteerd.
De formaldehydepluim werd ook waargenomen door een grondstation in Lauder, Nieuw-Zeeland (zie Figuur 4). Een beperkt aantal locaties op aarde is uitgerust met zeer gespecialiseerde instrumenten die vergelijkbare gegevens kunnen meten als TROPOMI, d.w.z. een verticaal gemiddelde van de hoeveelheid atmosferische gassen. Deze metingen op de grond worden gebruikt om de kwaliteit van de satellietdata te beoordelen. In dit specifieke geval (vergelijk Figuur 2 en 4) blijken beide metingen goed op elkaar afgestemd, zodat we er zeker van kunnen zijn dat ze de werkelijkheid weerspiegelen. Het BIRA is sterk betrokken bij de netwerken die dergelijke gegevens vanop de grond bieden, bijvoorbeeld de “Network for the Detection of Atmospheric Composition Change” (NDACC) en de “Total Carbon Column Observing Network” (TCCON).
Waarvoor worden de TROPOMI-gegevens gebruikt?
De Sentinel-5P-satelliet maakt deel uit van de ruimtecomponent van het Copernicus-programma dat wordt gecoördineerd door de Europese Commissie. Het programma maakt gebruik van een reeks specifieke satellieten (de Sentinel-familie - zie Figuur 5 voor de familiefoto) en in situ (lokale) waarnemingen om ons te helpen het complexe systeem van de planeet die we bewonen beter te begrijpen. We hebben de informatie van de Copernicus-diensten hard nodig, want die heeft een impact op vele domeinen van ons dagelijks leven, van de gezondheid van de mens tot de monitoring van de oceanen, van de klimaatverandering tot het beheer van (natuur)rampen, en nog veel meer.
Read more
