【專欄】空氣品質、臭氧和氣候的新見解

民報新聞

雖然衛星資料已經徹底改變了我們對地球及其大氣層的看法,但人們不需要前往太空去瞭解我們的藍色星球確實不是那麼大,我們的大氣層也不是很厚。從空氣污染和人類健康的角度來看,我們實際上只能呼吸或生活在地球大氣層中。以喜馬拉雅山或聖母峰(Mount Everest)為例,人類只能在有限的範圍內居住。

美國宇航局擁有一批地球觀測衛星

光環(Aura)衛星於2004年發射,是美國宇航局(NASA)地球觀測系統的關鍵組成部分,研究地球臭氧層、空氣品質和氣候。這衛星飛行任務有助於加深我們對地球大氣的組成、化學和動力學的理解。其儀器觀察我們星球的海洋、生物圈和大氣。其中還有幾顆衛星觀察世界各地空氣污染物的儀器。空氣品質管制人員和研究人員正在利用收集的資料,來研究空氣污染對人類健康和農業的影響。

人類已經改變我們的環境幾千年了。地球監測衛星清楚地表明,人類正在改變我們的大氣層,即使光環在軌道上的15年裡也是如此。科學家清楚地看到世界各地空氣污染的重大變化。例如,他們觀察到美國和歐洲的空氣污染已經減少,這顯示政策措施(如《清潔空氣法案》和其他環境法規)的有效性,但在其他地區,如印度,空氣污染更糟。科學家也看到像中國地區有所改善,以及世界各地的空氣污染物趨勢。

從太空觀測到的空氣污染物

二氧化氮(NO2):NO2對呼吸不健康,主要在化石燃料燃燒過程中產生,因此熱電廠和汽車是主要來源。

臭氧(O3):在地球表面,O3對呼吸不健康,對植物也有負面影響,會降低作物產量。

顆粒物 (PM):PM 是微小的顆粒(例如煙霧和灰塵),吸入時會導致許多影響健康的問題。

空氣污染的影響:衛星資料如何提供説明

人類健康:每年接觸室外空氣污染估計造成400萬人過早死亡,另有約300萬至400萬人死於室內空氣污染,也就是說,空氣污染導致全球約9人中有1人死亡。(世衛組織,2018年;Cohen等人,2017年)。

農業:由於污染造成的作物產量損失,其經濟影響在世界各地都十分顯著。空氣污染造成全球小麥、玉米和大豆作物產量損失,估計每年損失110億至180億美元,最大的經濟損失發生在美國(損失達31億美元)。

此項研究主持人鄧肯指出,光環在兩個主要方面使科學和社會受益。首先,它使我們能夠更好地瞭解和觀察決定地球保護性臭氧層的大氣化學和動力學。光環資料使我們能夠不僅監測臭氧,而且能夠觀察臭氧形成和破壞所涉及的化學品。這些資訊有助於科學家理解為什麼臭氧層會隨時間而變化,包括人類生產的破壞臭氧層的化學物質,如何稀釋臭氧層並造成南極上空的「臭氧破洞」。

第二,它提供了對全世界空氣污染物的第一次長期觀測。這些化學品包括二氧化硫、甲醛和二氧化氮等化學品,這些化學品主要通過在車輛和發電廠燃燒化石燃料而產生,並造成地表臭氧。鄧肯說:「光環確實給了我們一個視窗,瞭解一些最重要的污染物,以及它們如何隨著時間而改變。」

光環帶有四個儀器,其中兩個仍在運行:臭氧監測儀器(OMI),這是第一個以高空間解析度,為提供空氣污染長期記錄的衛星儀器;和微波肢體發聲器(MLS),它測量大氣邊緣自然發生的微波,以跟蹤平流層大氣氣體、溫度、壓力和雲冰。光環的其他兩個儀器是對流層發射光譜儀和高解析度動力學肢體發聲器。光環號太空船運行良好,預計將繼續運行,直到2025年燃料耗盡。

除了光環,美國宇航局地球觀測系統的其他兩個旗艦任務:Terra和Aqua衛星,也為了解地球大氣層做出了重大貢獻。雖然Terra和Aqua分別被設計為監測地球表面和水圈(地球表面、地表下和地表以上的所有水),它們也通過大氣紅外探測儀(AIRS)等儀器為大氣科學做出了貢獻。Aqua、Terra也載有的多角度成像光譜儀 (MISR) 和中解析度成像光譜儀 (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS),用於監測世界各地的顆粒物(懸浮在空氣中的固體和液體顆粒),所得的資料將有助於對全球的陸地、海洋和較低層大氣動力發展和過程的了解。使用 MODIS 資料所發展應用模式可準確的預測全球變遷,而幫助決策者做出保護環境的重要決定,資料應用範疇可包括海洋學、生物學和大氣科學與全球變遷。而且 MODIS 不只可用地物、地類調查外,其頻道(提供 36 個頻道)波段選擇上,也以考慮在大氣和海洋上的遙測需求,例如其波段資料,可用來分析大氣氣溶膠的含量、空氣品質的監測、海洋水色分析、潮流與漁汛調查等等。

總之,作為科學家的工作是提供這些衛星資料集,説明解釋它們,並確保它們足夠清晰,以便它們可以用來制定有效和高效的政策。這樣,它們就可以在社會中帶來積極的改變。 專欄屬作者個人意見,文責歸屬作者,本報提供意見交流平台,不代表本報立場。