نقش فناوری سنجش از دور در مطالعات «لایه ازن»

به گزارش خبرنگار مهر، اداره کل سنجش از دور سازمان فضایی ایران همزمان با ۲۵ شهریور روز جهانی حفاظت از لایه ازن، قابلیت‌های فناوری سنجش از دور در شناسایی و انجام اندازه گیری های لازم در این لایه را تشریح کرد.

لایه ازن به ضخامت ۱۶ تا ۳۰ کیلومتر در مرز لایه استراتوسفر قرار دارد. لایه ازن بر اساس واحد دابسون که برای تعیین تراکم لایه‌های اتمسفر در نظر گرفته می‌شود، لایه‌ای به ضخامت ۳۰۰ دابسون (۳ میلی‌متر) است که با جذب ۹۵ تا ۹/۹۹ درصد پرتو فرابنفش خورشید، موجب ادامه زندگی روی کره زمین می‌شود. همچنین، ازن پرتوهای پرانرژی فرابنفش را جذب کرده و آن‌ها را به شکل پرتوهای فروسرخ به سطح زمین می‌فرستند.

در سال ۱۹۸۵، وجود حفره لایه ازن در بالای قطب جنوب کشف و مشاهده شد که این حفره هر سال بزرگ‌تر و عمیق‌تر می‌شود. این آسیب، دنیا را بر آن داشت تا فکری به حال این سپر حفاظتی کند.

در سال ۱۹۸۵ حدود ۲۸ کشور برای ساماندهی لایه ازن در وین جمع شدند و تصمیماتی را برای حفاظت از لایه ازن اتخاذ کردند و قرار شد همکاری‌های بین‌المللی در این زمینه آغاز شود. در سال ۱۹۸۷، پروتکل مونترال با مشارکت ۴۶ کشور جهان تصویب شد. بر این اساس «پروتکل مواد مخرب لایه ازن» شناسایی و راه‌های کاهش انتشار آن‌ها اعلام شد و دولت ایران نیز در سال ۱۹۸۸ به این پروتکل پیوست. در سال ۱۹۹۴، کشورهای عضو مجمع عمومی سازمان ملل، ۱۶ سپتامبر (برابر با ۲۵ شهریور) را به عنوان روز جهانی حفاظت از لایه ازن تعیین کردند.

ازن ترکیب ناپایداری است که می‌تواند مولکول اکسیژن اضافی خود را به سرعت با کلر، برم یا ازت ترکیب کند. منشأ این ترکیبات از زمین و بیشتر از فعالیت‌های انسانی است. این ترکیبات به نام کلروفلوئوروکربن‌ها (CFCs) در ایالات متحده آمریکا اختراع شد که در صنعت و خانه مورد استفاده قرار گرفت.

با از بین رفتن لایه حیاتی ازن، نسل بشری، پوشش گیاهی و حیات جانوری در مدت کوتاهی به صورت اسفباری منقرض خواهد شد. در حال حاضر که این لایه آسیب دیده، تشعشعات ماورای بنفش که به زمین می‌رسد شدت یافته است. این مسأله باعث ایجاد سرطان‌های پوست و تضعیف مکانیزم دفاعی و ایمنی بدن انسان شده است. علاوه بر آن به علت آسیب دیدن لایه ازن کل نظام زیست محیطی در سراسر پهنه گیتی دچار ناهماهنگی و عدم توازن جدی شده است.

نقش فناوری سنجش از دور در مطالعات لایه ازن

کاربرد فناوری سنجش از دور در مطالعات ازن، بیش‌از سه دهه مورد بررسی قرار گرفته و از قدمت بالایی برخوردار است. امروزه با استفاده از سنجش از دور و تصاویر ماهواره‌ای، امکان اندازه‌گیری این گاز حیاتی در اتمسفر کره زمین امکان پذیر است.

فناوری سنجش از دور برای شناسایی ضخامت لایه ازن، غلظت و تغییر سطح ازن کاربردهای متعددی دارد. با کمک این فناوری فضایی، می‌توان در راستای حفاظت از لایه ازن و ادامه حیات در سیاره زمین تصمیمات مناسب و کارشناسی اتخاذ کرد.

مهمترین فاکتور در مطالعات لایه ازن، شدت و روند تغییرات آن در اثر فعالیت‌های انسان است. بنابراین بیشترین تمرکز مطالعات بشر به کمک سنجش از دور روی غلظت محتویات لایه ازن و همچنین پروفایل عمودی ازن بوده است. انسان به وسیله این مطالعات و مقایسه آن‌ها در خلال سال‌های مختلف، روند تغییرات لایه ازن را بررسی می‌کند.

پایش تخریب حفره لایه ازن در بالای قطب جنوب نیز از اولویت‌های بشر بوده است. به دلیل اهمیت حیاتی لایه ازن جهت زنده ماندن کلیه موجودات کره زمین، این مطالعات از نقش حیاتی برخوردار هستند. بنابراین میزان توزیع عمودی گاز ازن، موید مقدار و چگونگی لایه ازن در مناطق مختلف خواهد بود.

تمامی کشورها مطالعات توزیع عمودی لایه ازن را در بالای کشور خود جهت آگاهی از وضعیت لایه ازن انجام می‌دهند.

روش تعیین میزان ازن با فناوری سنجش از دور

در سنجش از دور مقدار ازن به طور غیر مستقیم و از طریق تغییرات در میزان انرژی تابشی اتمسفر که ناشی از حضور ازن است، به دست می‌آید. بدین معنی که سنجنده ها، تغییرات میزان انرژی تابشی موجود در اتمسفر (در ناحیه حرارتی، ناحیه مرئی،UV و در ماکروویو) را که ناشی از حضور مولکول‌های ازن است، تشخیص می‌دهند.

این سنجنده‌ها بدون توجه به سکویی که روی آن قرار گرفته‌اند، خود آن پارامتر را به‌طور مستقیم اندازه‌گیری نمی‌کنند. برای مثال یک سنجنده میزان مولکول‌های ازن را اندازه‌گیری نمی‌کند. به جای آن چگونگی تغییرات میزان انرژی تابش خورشیدی عبوری در باندهای مختلف از اتمسفر را اندازه‌گیری و با مقدار واقعی آن در اتمسفر استاندارد مقایسه می‌کند. در تمامی روش‌های سنجش از دور، چهار تکنیک غیرفعال استفاده می‌شود که شامل پراش ماورای بنفش، روش عبور از لایه‌های جو، روش نشر جانبی پروفایل و روش پراش جانبی پروفایل است.

این تکنیک‌ها که بعضاً در سکوهای ماهواره‌ای مورد استفاده قرار گرفته‌اند، بهترین داده را تولید کرده‌اند. هر یک از این تکنیک‌ها، هندسه دید مربوط به خود را دارد. هندسه دید بر اندازه‌گیری تشعشعات اتمسفری تأثیر می‌گذارد. در هر سکوی ماهواره‌ای از یک یا چند مورد از روش‌های فوق استفاده می‌شود. داده‌های اندازه‌گیری شده توسط این سنجنده‌ها با استفاده از یک الگوریتم مخصوص تبدیل به داده‌های مربوط به ازن می‌شوند. به این معنا که داده‌های این سنجنده ها صرفاً برهمکنش لایه ازن با اشعه عبوری را نشان داده و مستقیماً خود پارامتر ازن را اندازه‌گیری نمی‌کنند. این الگوریتم‌ها اندازه‌گیری های تابشی را تبدیل به پارامترهای اتمسفری می‌کنند.

مهم‌ترین سنجنده‌های سنجش از دور برای مطالعه ازن

در حال حاضر ماهواره‌های Terra،Aqua و ENVISAT دارای بیشترین سنجنده و نقش به منظور اندازه‌گیری داده‌های ازن هستند.

سنجنده‌هایTOMS ،SAGE ،SBUV وMODIS روی ماهواره‌های Terra و Aqua و همچنین سنجنده‌های NPOESS ،OS-Chem و UARS در ماهواره ENVISAT، داده‌های لایه ازن را اندازه‌گیری می‌کنند. البته در حال حاضر در یکی از پروژه‌های مهم سیستم مشاهدات زمینی ناسا یعنی سری ماهواره‌های A-Train، نقش بسیار پر رنگی در اندازه‌گیری داده‌های ازن دارند.

سری ماهواره‌های A-train به معنی (قطار بعد از ظهر)، مجموعه‌ای ماهواره‌ای متشکل از پنج ماهواره دیدبانی زمین از ملیت‌های گوناگون در مدار خورشید آهنگ در ارتفاع ۷۰۵ کیلومتری بر فراز زمین است.

سری ماهواره‌های A-Train

مدار این ماهواره‌ها با گرایش ۹۸.۱۴ درجه، هر روز در حدود ساعت ۱:۳۰ بعد از ظهر به وقت محلی از استوا عبور می‌کند. همچنین در شب، حدود ساعت ۱:۳۰ پس از نیمه شب دوباره از خط استوا می‌گذرند.

این ماهواره‌ها در فاصله چند دقیقه از یکدیگر قرار دارند تا مشاهده‌های دسته جمعی آن‌ها بتواند برای ساختن تصویرهای با کیفیت از جو زمین و سطح زمین در فضای سه بعدی استفاده شود. داده‌های این مجموعه ماهواره‌ها نقش بسیار پر رنگی در مطالعات اتمسفر ازن دارند.

در شکل زیر تراکم ستون عمودی ازن با واحد یکای دابسون (Dobson Unit) آمده است. یکای دابسون برای اندازه‌گیری گازهای ردیابی شده در هواکره است. این یکا، معمولاً برای اندازه‌گیری غلظت مولکول‌های ازن موجود در لایه ازن (در لایه استراتوسفر هواکره) استفاده می‌شود. در این تصویر به وضوح تراکم کم ازن در قطب جنوب مشخص است.

تراکم ستون عمودی ازن با واحد یکای دابسون (Dobson Unit) با استفاده از ماهواره METOP

به گزارش مهر، ماهواره‌ها، داده‌های مناسب را جهت مطالعه ازن جمع‌آوری کرده و این داده‌های با ارزش پس از پردازش با الگوریتم‌های مناسب تبدیل به پارامترهای اندازگیری لایه ازن می‌شوند. این داده‌ها به بشر کمک می‌کند که به صورت مستمر اتمسفر ازن را مطالعه و پایش کنند. امروزه سرمایه گذاری هنگفتی توسط بشر و در جهت مطالعه ازن با تصاویر ماهواره‌ای انجام شده است که خود گویای پتانسیل بالای تصاویر ماهواره‌ای و فناوری سنجش از دور در مطالعه لایه ازن است.