Monitorare la qualità dell’aria con i satelliti

Monitoraggio del Monossido di Carbonio

Il satellite Sentinel-5P, dove “P” sta per Precursor, dell’Agenzia spaziale europea fa parte di un più ampio programma Copernicus Sentinel per il monitoraggio ambientale dell’Unione Europea.

Purtroppo ogni anno muoiono migliaia di persone per patologie correlate all’inquinamento dell’aria, e recenti studi hanno addirittura confermato anche un legame tra inquinamento e diffusione del COVID. Con Sentinel5P dotato di Tropomi (TROPOspheric Monitoring Instrument), uno spettrometro multispettrale avanzato, si possono rilevare anche sostanze chimiche concentrate nell’aria pericolose per l’uomo che non potevano essere rilevate fino al lancio in orbita di Sentinel5P, che ogni giorno cattura moltissimi dati preziosi a disposizione dei ricercatori con accesso libero.

Con Sentinel 5P possiamo rilevare molti elementi estremamente nocivi per la salute come:

- Nitrogen Dioxide: gas presenti sia nella troposfera che nella stratosfera a seguito di attività antropogeniche, in particolare combustione di combustibili fossili e combustione della biomassa, e processi naturali come processi microbiologici in suoli, incendi e fulmini.

- Sulfur Dioxide: Le emissioni di Anidride Solforosa (SO2) incidono negativamente sulla salute umana e sulla qualità dell’aria, solo circa il 30% proviene da fonti naturali, mentre la maggior parte è di origine antropogenica. S5P/TROPOMI campiona la superficie terrestre con una risoluzione spaziale molto dettagliata di 3,5 x 7 km.

- Formaldehyde: Le formaldeide troposferica HCHO sono essenziali per lo studio sulla qualità dell’aria in particolare quelli relativi alla chimica-clima, è un gas intermedio in quasi tutte le catene di ossidazione dei composti organici, la sua principale fonte è l’ossidazione CH4 (Metano), e i valori più elevati sono emessi da vegetazione, incendi, traffico e fonti industriali.

- Ozone: L’ozono (O3) è di importanza cruciale per l’equilibrio dell’atmosfera terrestre perché protegge la biosfera dalla pericolosa radiazione UV solare, ma ad alta concentrazione diventa anche dannoso per la salute di esseri umani, animali e vegetazione.

- Methane: Il metano (CH4) è, dopo l’anidride carbonica (CO2), il più importante contributo all’effetto serra, circa 3/4 delle emissioni di metano sono antropogeniche e come tali è importante continuare a registrare misurazioni via satellite.

- UV (Ultraviolet) Aerosol Index calculated based on wavelengths of 340 nm and 380 nm e 354nm and 388 nm: L’Aerosol Index (AI) sono dati calcolati per un periodo di quasi 40 anni da molti satelliti, sono usati per per tracciare l’evoluzione dei pennacchi aerosol episodici da focolai di polvere (tempeste di sabbia del Sahara), cenere vulcanica e combustione della biomassa.

- il rilevamento di tutte le proprietà delle nuvole con Cloud base height, Cloud base pressure, Cloud optical thickness, Cloud top height, Cloud top pressure, Effective radiometric cloud fraction

- CARBON Monoxide: Il monossido di carbonio (CO) è un importante inquinante atmosferico che deriva dalla combustione di combustibili fossili, la combustione della biomassa e l’ossidazione atmosferica del metano e di altri idrocarburi.

Come accedere ai dati

Con il portale Sentinel HUB i dati satellitari della costellazione Sentinel, Landsat e altri, diventano facilmente accessibili con un software GIS, librerie Python, Javascript e le API cloud

Una volta registrati si accede alla dashboard con un primo layer semplice, in questa fase è importante conservare ID del layer per il server REST API o APP necessario per accedere ai dati.

Creare subito un OAuth Client per ottenere il Client ID e Client Secret che dovrete conservare nel file .env, se volete Forkare o clonare il repository di SentinelAPI

Sentinel API utlizza il modulo npm sentinelhub, e mette a disposizione alcuni ENDPOINT che descrivo in seguito.

POST /api/v1/auth

Permette di ottenere il token di autorizzazione con le chiavi API ottenute nella registrazione del client OAuth nella dashboard.

GET /api/v1/process?evalscript=

I dati satellitari sono processati da codici Javascript personalizzati (EVASCRIPT V3). Il parametro evalscript definisce il tipo di dato da processare:

  • NO2: Nitrogen Dioxide
  • SO2: Sulfur Dioxide
  • HCHO: Formaldehyde
  • O3: Ozone
  • CH4: Methane
  • AS1: Aerosol Index calculated based on wavelengths of 340 nm and 380 nm
  • AS2: UV (Ultraviolet) Aerosol Index calculated based on wavelengths of 354 nm and 388 nm
  • CLOUD1: Cloud base height
  • CLOUD2: Cloud base pressure
  • CLOUD3: Cloud optical thickness
  • CLOUD4: Cloud top height
  • CLOUD5: Cloud top pressure
  • CLOUD6: Effective radiometric cloud fraction
  • CO: CARBON Monoxide

POST /api/v1/process

Restituisce l’immagine del satellite Sentinel5P da visualizzare in formato PNG di un determinata zona geografica e di un periodo specifico, processato con script.

Conclusioni

L’obiettivo dello sviluppo di SentinelAPI è permettere a chiunque di accedere a dati satellitari complessi comprensibili solo negli ambienti di ricerca, affinché si possano aprire nuovi scenari di business grazie allo sviluppo di App semplici con dati specifici.

Riferimenti