ดาวเทียมสร้างแผนที่ควันไฟแบบ 3 มิติ แจ้งเตือนคุณภาพอากาศในชุมชุนได้ดียิ่งขึ้น

นักพยากรณ์อากาศใช้ดาวเทียมสำรวจ

ทีมนักพยากรณ์อากาศนำโดยศาสตราจารย์ Jun Wang จากภาควิชาวิศวกรรมเคมีและชีวเคมี และเป็นผู้ช่วยผู้อำนวยการสถาบันเทคโนโลยีไอโอวา (Iowa Technology Institute) ใช้ดาวเทียมเพื่อติดตามเส้นทางของกลุ่มควันได้ แต่ข้อมูลที่ได้เป็นเพียงภาพสองมิติ ซึ่งไม่สามารถระบุได้ว่าควันนั้นเป็นอันตรายต่อสุขภาพประชาชนที่พื้นดินมากน้อยเพียงใด

ทั้งนี้ ความสูงของกลุ่มควันเป็นปัจจัยชี้ขาดต่อผลกระทบด้านสุขภาพ หากควันลอยตัวอยู่ในชั้นบรรยากาศระดับสูง ก็จะไม่เป็นอันตรายต่ออากาศที่หายใจ 

แต่ในทางกลับกัน เมื่อกลุ่มควันลอยต่ำลงมาใกล้พื้นผิวโลก ประชาชนจะมีความเสี่ยงสูงที่จะสูดดมสารเคมีอันตรายและฝุ่นละอองขนาดเล็กที่เรียกว่า PM2.5 ซึ่งสามารถแทรกซึมเข้าสู่ปอดได้ลึก และเป็นสาเหตุที่ทำให้อาการของโรคหอบหืด รวมถึงปัญหาเกี่ยวกับระบบทางเดินหายใจและหัวใจกำเริบรุนแรงขึ้น

Jun Wang Departmental Executive Officer, Chemical and Biochemical Engineering Lichtenberger Family Chair in Chemical and Biochemical Engineering Professor, Chemical and Biochemical Engineering

ข้อจำกัดของเทคโนโลยีติดตามควันไฟป่าในปัจจุบัน

เทคโนโลยีการติดตามแบบดั้งเดิมมีข้อจำกัดที่สำคัญสองประการ คือ 

1. การใช้ภาพถ่ายดาวเทียมแบบสองมิติที่ไม่สามารถบอกความสูงของควันได้ 

2. การพึ่งพาสถานีตรวจวัดคุณภาพอากาศภาคพื้นดิน ซึ่งแม้จะให้ข้อมูลที่แม่นยำ แต่กลับมีจำนวนน้อยและติดตั้งอยู่ห่างกันมาก โดยส่วนใหญ่มักกระจุกตัวในเขตเมืองใหญ่ ทำให้การพยากรณ์ในพื้นที่ชนบทหรือพื้นที่ห่างไกลขาดความแม่นยำและเป็นเพียงการประมาณการเท่านั้น

วิธีการใหม่ใช้ข้อมูลจากดาวเทียม TEMPO

เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาวิธีการใหม่โดยใช้ข้อมูลจากดาวเทียม TEMPO ขององค์การ NASA ซึ่งถูกส่งขึ้นสู่อวกาศในปี พ.ศ. 2566 ดาวเทียมดวงนี้สามารถคำนวณความสูงของกลุ่มควันได้โดยการวิเคราะห์ปริมาณการดูดซับแสงอาทิตย์ของโมเลกุลออกซิเจน 

ดาวเทียมใช้หลักการ คือ กลุ่มควันที่อยู่ต่ำจะมีชั้นออกซิเจนเหนือขึ้นไปที่หนาแน่นกว่า ทำให้แสงอาทิตย์ถูกดูดซับไปมากและสะท้อนกลับน้อยกว่ากลุ่มควันที่ลอยอยู่ในระดับสูง

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญนี้ คือ การนำข้อมูลความสูงของควันจากดาวเทียม TEMPO มาผนวกรวมกับข้อมูลการวัดค่าอนุภาคในชั้นบรรยากาศจากดาวเทียม GOES-R ของ NOAA ซึ่งช่วยให้นักพยากรณ์อากาศสามารถประเมินความเสี่ยงต่อสุขภาพของประชาชนได้แบบสามมิติ และมีความแม่นยำในระดับย่านที่อยู่อาศัยได้แบบเกือบเรียลไทม์ 

วิธีการใหม่โดยใช้ข้อมูลจากดาวเทียม TEMPO  ถือเป็นการยกระดับการเตือนภัยที่เหนือกว่าการพึ่งพาสถานีภาคพื้นดินที่อยู่ห่างกันหลายร้อยกิโลเมตร

A visualization of nitrogen dioxide levels over the US, Canada, and the Caribbean via the TEMPO instrument. (Image credit: NASA's Scientific Visualization Studio - USRA/Kel Elkins, USRA/Trent L. Schindler, Global Science and Technology, Inc./Cindy Starr, ADNET Systems, Inc./Laurence Schuler, ADNET Systems, Inc./Ian Jones, Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian/Caroline Nowlan, Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian/Xiong Liu)

นวัตกรรมการติดตามควันนี้ถือเป็นยุคใหม่ของการพยากรณ์คุณภาพอากาศ ในขณะที่โลกกำลังเผชิญกับความเสี่ยงจากไฟป่าที่เพิ่มสูงขึ้นอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ เทคโนโลยีนี้จึงกลายเป็นเครื่องมือที่จำเป็นอย่างยิ่งในการให้ข้อมูลที่แม่นยำและทันท่วงที เพื่อปกป้องสุขภาพของประชาชนจากภัยคุกคามด้านมลพิษทางอากาศที่ทวีความรุนแรงขึ้นในปัจจุบันและอนาคต