Teledetekcyjna ocena zmienności zawartości dwutlenku azotu (NO2) w atmosferze dla wybranych obszarów strefy brzegowej Europy

Praca koncentruje się na ocenie zanieczyszczenia powietrza dwutlenkiem azotu (NO2) bazując na danych teledetekcyjnych Sentinel-5P. Szczegółowe analizy przeprowadzono dla stref brzegowych wybranych państw europejskich oraz stolic tych krajów. Celem pracy było ilościowe oraz jakościowe porównanie rozkładu przestrzennego zanieczyszczenia atmosfery NO2 w latach 2019-2022. W tym celu wykorzystano metody badawcze pozwalające na obliczenie statystyk strefowych, współczynników korelacji oraz wizualizacji zobrazowań Sentinel-5P i przebiegów czasowych zawartości NO2. Do pozyskania danych wykorzystano platformę Google Earth Engine, a przetworzenie i analizę danych kontynuowano w oprogramowaniu R Studio. Ukazano zróżnicowanie tego zjawiska na tle klas pokrycia terenu, wykazując ważną rolę terenów antropogenicznych w kształtowaniu zanieczyszczenia atmosfery tym gazem. Oprócz opracowania map median rocznych pomiaru kolumnowego NO2, przedstawiona została zmienność badanego zjawiska w czasie. Potwierdzony został wzrost zawartości NO2 w troposferze w okresie zimowym. Odnotowano stosunkowo niskie poziomy w okresie letnim, co bezpośrednio potwierdza wpływ spalania węglowodorów na potrzeby grzewcze. Ponadto przeanalizowana została zależność między podstawowymi elementami meteorologicznymi i zawartością dwutlenku azotu w powietrzu. Analizy korelacji wykazały m.in.: ujemny związek NO2 z temperaturą (r = -0,8 w przypadku regionu Toskanii we Włoszech), promieniowaniem słonecznym (r = -0,79 jw.), prędkością wiatru (r = -0,76 w przypadku Portugalii) oraz opadem atmosferycznym (r = -0,41 w przypadku Rumunii). Przedstawione wyniki dotyczyły wartości średnich miesięcznych w ciągu całego okresu badawczego na najbardziej zanieczyszczonych obszarach stref brzegowych. Przeprowadzona weryfikacja dokładności pomiaru satelitarnego z pomiarem aparatury naziemnej pozwoliła na ocenę przydatności danych pochodzących z misji Sentinel-5P; wykazano wysoką korelację z danymi referencyjnymi wykorzystując do tego współczynnik korelacji rang Spearmana (r = 0,75).

The research focuses on the assessment of nitrogen dioxide (NO2) concentration based on Sentinel-5P data. Detailed analyses were carried out for the coastal zones of selected European countries and their capitals. The aim of the study was to quantitatively and qualitatively compare the spatial distribution of atmospheric NO2 pollution in 2019-2022. For this purpose, statistical methods were used to calculate the zonal statistics, correlation coefficients and present the Sentinel-5P imagery time series. Google Earth Engine and R studio were used to obtain and process the remote sensing data. The reasearch confirmed the important role of anthropogenic areas in shaping the spatial distribution of air pollution. In addition, maps of annual median column measurement of NO2 and the variability of this phenomenon over time were presented. An increase in the NO2 concentration in the troposphere in the winter has been confirmed. Relatively low NO2 emission were recorded in the summer, which directly confirms the impact of hydrocarbon combustion on heating needs. In addition, the relationship between basic meteorological elements and the nitrogen dioxide was analyzed. Correlation analyses showed a negative relationship between NO2 and temperature (r = -0.8 for the Tuscany region in Italy), solar radiation (r = -0.79), wind speed (r = -0.76 for Portugal) and precipitation (r = -0.41 for Romania). The presented results used monthly means throughout the research period in the most polluted areas of the coastal zones. The verification of the accuracy of the satellite data with the measurement of ground stations allowed to assess the usefulness of the data from the Sentinel-5P mission; a high correlation with the reference data was demonstrated using the Spearman’s rank correlation coefficient (r = 0.75).