Souhrn
Vědecký tým vyvinul hyperspektrální tomografický systém pro nepřetržité sledování ozonu a jeho prekurzorů, jako je formaldehyd a oxid dusnatý. Systém kombinuje algoritmy computed tomography a Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS), využívá drony s reflektorovým polem a svítící diody (LED) různých vlnových délek pro snížení nákladů. Tento přístup umožňuje vysokou prostorovou rozlišitost a pokrytí po celou dobę, včetně nočních hodin, což dříve nebylo možné kvůli omezením stávajících nástrojů.
Klíčové body
- Kombinace computed tomography a DOAS pro detekci více látek s vysokou prostorovou rozlišitostí.
- Použití dronů s vysokopřesným sledováním pro přesný návrat signálu z reflektorového pole.
- Testování LED zdrojů různých vlnových délek pro zvýšení cenové dostupnosti.
- Celodenní monitoring včetně nočních chemických procesů.
- Data a kód volně dostupné na Zenodo (https://doi.org/10.5281/zenodo.17155624).
Podrobnosti
Předchozí metody monitorování ozonu a jeho prekurzorů trpěly nedostatkem cenově dostupných přístrojů s vysokou časovou rozlišitostí, širokým pokrytím a jemnou prostorovou detailností. To bránilo komplexnímu souběžnému pozorování, zejména v nočních hodinách, kdy probíhají složité atmosférické chemické změny. Nový systém tento problém řeší spojením computed tomography, která rekonstruuje prostorovou distribuci látek z více směrů měření, a DOAS spektroskopie, která detekuje specifické absorpční spektra různých znečišťujících látek.
Klíčovým prvkem je integrace dronů nesoucích reflektorové pole, které zajišťuje přesný návrat světelných paprsků k detektoru. Vysokopřesné sledovací technologie umožňují kompenzovat pohyb dronu a udržet signál stabilní i za nepříznivých podmínek. Pro snížení nákladů byly testovány LED zdroje s různými vlnovými délkami, které nahrazují drahé lasery – tyto diody generují široké spektrum vhodné pro hyperspektrální analýzu ozonu (O3), formaldehydu (HCHO) a oxidu dusnatého (NO2).
Systém poskytuje rychlou odezvu, přesné prostorové detaily a široké pokrytí, což umožňuje mapovat dynamiku znečištění v městském prostředí. Například v nočních hodinách lze zachytit oxidaci prekurzorů, která přispívá k rannímu špičkovému ozonu. Experimenty prokázaly schopnost detekovat koncentrace s rozlišitostí na úrovni metrů, což je významný pokrok oproti bodovým měřicím stanicím. Data z hlavního rukopisu, doplňkových materiálů i zdrojových souborů jsou k dispozici na Zenodo, stejně jako kód pro reprodukci analýz. Reference zahrnují studie jako Wang et al. (2023) o noční oxidaci v Číně a editoriál v Nature Geoscience o nočních stopách znečištění.
Proč je to důležité
Tento systém přispívá k lepšímu porozumění chemickým procesům v atmosféře, což je klíčové pro řízení kvality vzduchu v městech. Umožňuje identifikovat zdroje znečištění, jako doprava nebo průmysl, a modelovat noční dynamiku, která ovlivňuje denní koncentrace ozonu. V širším kontextu posiluje roli dronů v environmentálním monitoringu, kde kombinace spektroskopie a tomografie může být rozšířena na další látky, například částice PM2.5 nebo VOC. Pro průmysl znamená cenovou dostupnost snížení závislosti na satelitních datech s nižší rozlišitostí, což zlepší lokální regulační opatření. Nicméně, dlouhodobá nasazení budou vyžadovat validaci v reálných podmínkách, jako je turbulence vzduchu nebo počasí.
Zdroj: 📰 Nature.com
| 