Výzkum ekosystémů v souvislosti se změnou klimatu
Díky rychle se rozvíjejícímu programu pozorování Země se významným způsobem rozšířily možnosti studování různých ekosystémů v souvislosti se změnou klimatu. V návrhu programu se jedná především o městské ekosystémy a využití kombinace různých metod dálkového průzkumu Země (DPZ), které pomohou sledovat reakce městských ekosystémů na změny klimatu, na mitigační či adaptační opatření:
- Kvantifikace emisí metanu z vybraných objektů lidské činnosti pomocí metod letecké a družicové spektroskopie;
- Určování a analýza pocitové teploty ve městě na základě termálních dat.
Kvantifikace emisí metanu z vybraných objektů lidské činnosti pomocí metod letecké a družicové spektroskopie.
Metan (CH4) je skleníkový plyn, jehož koncentrace vzrostla 2,5krát od průmyslové revoluce (Hartmann et al., 2013), a je druhým nejvýznamnějším skleníkovým plynem po oxidu uhličitém (CO2). Antropogenní emise metanu pocházejí z velkého množství bodových zdrojů, včetně zařízení pro těžbu ropy a plynu, uhelných dolů, skládek, čistíren odpadních vod a chovů hospodářských zvířat. Emise metanu může mít významný vliv na rychlost oteplování v blízké budoucnosti, a proto Evropská komise přijala strategie ke snížení emisí metanu v rámci plánu v oblasti klimatu (2030 Climate Target Plan). Snížení emisí metanu je důležité pro zpomalení změny klimatu i pro zlepšení kvality ovzduší.
Identifikace zdrojů a kvantifikace emisí metanu lze dosáhnout pomocí metod dálkového průzkumu Země. (Tab. 1).
Tabulka 1. Příklady družic využívaných pro detekci metanu a jejich parametry
| Název satelitu | Kosmická agentura / Společnost | Minimální detekovatelná emise metanu (kg/h) | Prostorové rozlišení | Zdroj |
|---|---|---|---|---|
| Sentinel-5P | ESA | 5000 | 7 × 7 km | ESA |
| EMIT | NASA | > 500 | 60 × 60 m | https://earth.jpl.nasa.gov/emit/overview/ |
| PRISMA | ASI | > 500 | 30 m | https://www.asi.it/en/earth-science/prisma/ |
| EnMAP | DLR | > 500 | 30 m | NASA |
| GHGSat | GHGSat Inc. | 100 | 25 m | https://www.ghgsat.com/en/technology/ |
| MethaneSAT | EDF | 500 | 1 km | https://www.methanesat.org/ |
| GOSAT-2 | JAXA | 10000 | 10 km | JAXA |
Vědecké aktivity v roce 2024
Díky spolupráci Vesmír pro lidstvo a Evropské kosmické agentury v rámci programu “Third-party mission” (projekt PP0096477) byly získány snímky z komerčního satelitu GHGSat zdarma pro vědecké a propagační účely. Citlivost detekce metanu pomocí satelitů se v posledních letech významně zlepšila, což umožňuje vědcům identifikovat a měřit vysoké emise metanu z antropogenních zdrojů (Obr. 1). Nicméně stále existují omezení při detekci nižších emisí metanu, jako jsou emise 1 kg/hod/m2 nebo méně, včetně emisí ze typických skládek tuhého komunálního odpadů ve střední Evropě (Obr. 2). I když se emise 1 kg/hod/m2 mohou zdát zanedbatelné, jejich detekce a kvantifikace jsou klíčové pro komplexní hodnocení emisí metanu, dosažení klimatických cílů a porozumění širšímu dopadu difúzních, nízko-intenzivních zdrojů. Pokroky v technologiích a algoritmech postupně zlepšují tyto detekční limity, což činí budoucí satelity efektivnějšími při identifikaci subtilních emisí metanu.
Obr. 1: Detekce vysokých emisí metanu pomocí satelitu GHGSat. Mapa ukazuje rozložení koncentrace metanu (CH₄) v atmosféře ve svislém sloupci nad konkrétní oblastí. Hodnoty na mapě představují průměrné množství metanu ve vzduchu od zemského povrchu až po horní vrstvy atmosféry v dané lokalitě.
Obr. 2: Mapa neukazuje emise metanu. Satelit GHGSat není dostatečně citlivý pro detekci nižších emisí metanu, jako jsou emise o hodnotě 1 kg/hod/m2 nebo méně, nacházející se v dané lokalitě.
Města vykazují specifický teplotní chod, tzv. efekt tepelného ostrova. Jedná se o komplexní jev, který souvisí se strukturou města, použitými materiály, ale i produkcí odpadního tepla. Metody dálkového průzkumu mohou sloužit k dokumentaci vývoje efektu, a to i desetiletí dozadu díky dlouhým řadám satelitních snímků. Spíše hrubozrnný (zatím) pohled ze satelitu je možné doplnit o detailní mapování pomocí letecké laboratoře zobrazujících systémů, protože unikátní synergie optického, termálního a laserového skeneru umožňuje vytvářet komplexní přehled o albedu, emisivitě, teplotě povrchů a 3D struktuře města s detailem na úrovni jednotlivých domů a ulic. Syntézou těchto datových vrstev je pak možné vytvářet tematické mapy vyjadřující pocitovou teplotu, které přibližují reálnou teplotní zátěž pro obyvatele.
Tabulka 2. Příklady družic snímajících v termálním pásmu a jejich parametry
| Název satelitu | Kosmická agentura / Společnost | Prostorové rozlišení TIR pásma | Zdroj |
|---|---|---|---|
| Sentinel-3 | ESA | 500 m | Copernicus |
| Meteosat (MSG) | EUMETSAT | 3 km | https://www.meteocentrum.cz/satelitni-snimky |
| MODIS (Terra/Aqua) | NASA | 1 km | https://modis.gsfc.nasa.gov/ |
| Landsat 8/9 | NASA/USGS | 100 m | https://landsat.gsfc.nasa.gov/ |
| ECOSTRESS | NASA | 70 m | https://ecostress.jpl.nasa.gov/ |
| VIIRS (Suomi NPP, NOAA-20) | NASA/NOAA | 750 m | NASA |
| HotSat-1 | Satellite Vu (UK) | 3.5 m | https://earth.esa.int/eogateway/missions/hotsat-1 |
| Hydrosat | Hydrosat (USA) | 30-50 m | https://www.geospatialworld.net/news/hydrosat-launch-first-commercial-satellite-high-res-thermal-imagery/ |
| OroraTech | OroraTech (Germany) | 200 m | https://en.wikipedia.org/wiki/OroraTech |
| Clarity-1 | Albedo | 2 m | https://albedo.com/post/upcoming-launch-of-clarity-1-and-albedos-early-customers |
| TRISHNA | ISRO/CNES | 57 m | https://www.eoportal.org/satellite-missions/trishna |
Vědecké aktivity v roce 2024
Byl dále rozvíjen dlouhodobý záměr popisu fenoménu tepelného ostrova města. Bylo provedeno celoplošné snímání města Brna, které umožnuje sledovat změny od posledního snímání z roku 2019 a posoudit jejich dopad. Dále vznikla letecká termální data (středně) vysokého rozlišení (1 až 2 m) v režimu odpoledne (16 h), noc (22 h) a ráno (5 h) umožňují popsat tepelnou dynamiku městského prostředí v rámci jednoho dne (Obr 3). Je tak možné identifikovat vliv jednotlivých kategorií městské zástavby a pokryvu. V širším kontextu se jedná o vytvoření metodiky pro práci s budoucími daty z nastupujících misí satelitních konstelací velmi vysokého rozlišení z nízké oběžné dráhy s deklarovaným termálním rozlišením 2 metry (společnost Albedo).
Obr. 3: Teplotní dynamika města zachycená leteckým snímáním v režimu den/noc/ráno. Je zde patrné zahřívání zpevněných povrchů a střech. Po západu slunce je zřejmá akumulace tepla zejména do vozovek.
+URBIS The Smart Cities Meetup 4.-6. 6. 2024 Brno (web)
Účast posloužila k zviditelnění programu AV21 Vesmír pro lidstvo a možností využití dálkového průzkumu pro veřejnou správu. Mimo jiné byl navázán dialog se společností Technické sítě Brna ohledně realizace chytrého návrhu intenzity veřejného osvětlení, které bude lépe reflektovat lokální situaci individuálních zdrojů s přihlédnutím k odrazivosti povrchů, včetně jejich budoucího vývoje. Potenciálně je tak možné dosáhnout úspor energie a omezit nežádoucí světelný smog.
Obr. 4:Prostory výstavy URBIS The Smart Cities Meetup 2024 (vlevo) a stánek AV21 Vesmír pro lidstvo a CzechGlobe (vpravo)
České uživatelské fórum Copernicus a Dálkový průzkum Země 4.-5. 11. 2024 Praha (web)
Byl prezentován příklad využití letecké ortofotokamery pro monitoring světelného znečištění ve městě, a využití satelitních dat pro zpřesňování odhadů stavu atmosféry.
Obr. 5: Zahajovací projev prezidenta Petra Pavla (vlevo) a posterová sekce za Vesmír pro lidstvo, CzechGlobe a ASU na Českém fóru Copernicus a Dálkový průzkum Země (vlevo)
Ing. Olga Brovkina, CSc.
CzechGlobe - Ústav výzkumu globální změny AV ČR
e-mail: brovkina.o(at)czechglobe.cz
