ว่าด้วยละอองลอย(Aerosol)บนโลก

atmosphere_geo5_2018235

asia_geo5_2018235หายใจลึกๆ ถึงแม้ว่าอากาศจะดูแจ่มใส มันเกือบแน่นอนว่าเราได้หายใจเอาอนุภาคของแข็งและละอองของเหลวเข้าไป สสารที่มีอยู่ทั่วไปนี้รู้จักกันในชื่อ “ละอองลอย(aerosols) ซึ่งพบได้ทุกหนทุกแห่งในอากาศเหนือผิวมหาสมุทร ทะเลทราย เขตเทือกเขา ผืนป่า ทุ่งน้ำแข็งและระบบนิเวศทุกๆ แห่งระหว่างนั้น

หากเราเคยเห็นควันที่กระจายปกคลุมจากการเกิดไฟป่า เถ้าจากการระเบิดของภูเขาไฟและฝุ่นละอองในสายลม ที่เราเห็นนั่นแหละคือละอองลอย เครื่องมือวัดบนดาวเทียมหลายดวง เช่น  Terra, Aqua, Aura, and Suomi NPP  ก็เห็น (see) ละอองลอยเหล่านี้ด้วย โดยเป็นมุมมองที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงสูงจากพื้นผิวโลกนับร้อยกิโลเมตร แบบจำลองของ Nasa ที่เรียกว่า Goddard Earth Observing System Forward Processing (GEOS FP) ทำให้เราได้ภาพที่ครอบคลุมของละอองลอยที่กระจายไปทั่วชั้นบรรยากาศโลก

ภาพด้านบนเป็นผลของแบบจำลอง GEOS FP ในวันที่  23 สิงหาคม 2561 ในวันดังกล่าว มีแนวควันขนาดใหญ่ลอยอยู่เหนือทวีปอเมริกาเหนือและแอฟริกา พายุหมุนเขตร้อนสามลูกเคลื่อนตัวอยู่ในมหาสมุทรแปซิฟิก และกลุ่มก้อนของฝุ่นขนาดใหญ่ลอยอยู่ในทะเลทรายของแอฟริกาและเอเชีย สามารถมองเห็นพายุได้ชัดในขดขนาดยักษ์ของเกลือทะเล (sea salt aerosol)แสดงเป็นสีฟ้าโดยมีลมยกตัวขึ้นสู่อากาศเป็นส่วนหนึ่งของสเปร์ยทะเล(sea spray) เขม่าดำ(Black carbon) (แสดงเป็นสีแดง)เป็นอนุภาคที่เกิดจากการเปาไหม้ การสันดาปของเครื่องยนต์และการปล่อยจากกิจกรรมอุตสาหกรรม ส่วนอนุภาคที่แบบจำลองได้จำแนกว่าเป็น “ฝุ่น” นั้นแสดงเป็นสีม่วง ภาพด้านบนยังแสดงถึงชั้นของข้อมูลแสงกลางคืน(night light data) ที่บันทึกโดยเครื่องมือวัด Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) บนดาวเทียม Suomi NPP ซึ่งแสดงให้เห็นถึงตำแหน่งที่ตั้งของเมืองต่างๆ

หมายเหตุ : ละอองลอยในภาพสองภาพด้านบนไม่ได้เป็นตัวแทนข้อมูลภาพถ่ายดาวเทียมโดยตรง แบบจำลอง GEOS FP เป็นเช่นเดียวกับแบบจำลองอากาศและสภาพภูมิอากาศทุกแบจำลอง กล่าวคือมีการใช้สูตรทางคณิตศาสตร์ที่นำเสนอถึงกระบวนการทางกายภาพเพื่อคำนวณว่ามีอะไรเกิดขึ้นบ้างในชั้นบรรยากาศในวันที่ 23 สิงหาคม การวัดคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น ละอองลอย และกระแสลม เป็นสิ่งที่ต้องทำเป็นประจำและป้อนเข้าไปในแบบจำลองเพื่อทำการจำลองสภาพจริงของโลกให้ดีขึ้น

ข้อมูลบางส่วนมาจากการทำงานของดาวเทียม และข้อมูลอื่นๆ มาจากการเก็บรวบรวมโดยเครื่องมือวัดภาคพื้นดิน ข้อมูล Fire radiative power มาจากเครื่องมือวัด Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) บนดาวเทียม Aqua และ Terra นั้นเป็นข้อมูลดาวเทียมชุดหนึ่งที่นำมาใช้ในแบบจำลองโดยตรง

เหตุการณ์ที่ปรากฎอยู่ในภาพด้านบนนั้นเป็นปัญหาที่ค่อนข้างรุนแรงในภาคพื้นดิน ในวันที่ 23 สิงหาคม ชาวเกาะฮาวายต้องเผชิญกับพายุฝนที่กระหน่ำนำไปสู่น้ำท่วมและดินถล่มเมื่อพายุเฮอริเคนเลน  (Hurricane Lane) เข้าถล่ม ในขณะที่พายุหมุนเขตร้อนสองลูกคือ โซลิก(Soulik) และชิมารอน(Cimaron)พัดเข้าจ่อเกาหลีใต้และญี่ปุ่น แนวควันที่ลอยอยู่เหนือแอฟริกาตอนกลางเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นตามฤดูกาล(seasonal occurrence) ส่วนใหญ่เกิดจากการแผ้วถางพื้นที่เพาะปลูกและเลี้ยงสัตว์ ควันไฟที่ลอยอยู่เหนือทวีปอเมริกาเหนือมาจากไฟป่าขนาดใหญ่ในแคนาดา (Canada) และสหรัฐอเมริกา(the United States).

อ่านเพิ่มเติม :

NASA Earth Observatory images by Joshua Stevens, using GEOS data from the Global Modeling and Assimilation Office at NASA GSFC. Story by Adam Voiland.

ปีแล้งในผืนป่าอะเมซอน 2010 Drought in the Amazon Forest

ความแห้งแล้งมีผลต่อป่าเขตร้อนอย่างไร ต้นไม้รากลึกที่อยู่ผืนป่าอะเมซอนอันหลากหลายอาจทนแล้งได้ นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตว่าต้นไม้นั้นจริงๆ แล้วผลิใบมากขึ้นในช่วงฤดูแล้ง ทว่าความแห้งแล้งนั้นได้สุดขั้วมากกว่าวัฐจักรแล้งตามฤดูกาล และในปี 2005 ภ้ยแล้งทำให้ต้นไม้ไม่โตและตายลงในพื้นที่ที่ได้มีการศึกษาติดตามเป็นอย่างดีในผืนป่าอะเมซอน ด้วยผลการศึกษาที่ขัดแย้งกันว่าความแห้งแล้งที่มีผลกระทบอย่างไรต่อผืนป่าขนาดใหญ่นั้นยังเป็นคำถามทางวิทยาศาสตร์ที่ยังรอการค้นหา

ระหว่างเดือนกรกฎาคมและกันยายน 2010 ภัยแล้งอันรุนแรงเกิดขึ้นทั่วลุ่มน้ำอะเมซอน แม่น้ำเนโกร ซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของแม่น้ำอะเมซอน ได้ลดลงถึงจุดต่ำสุดในรอบ 109 ปี เท่าที่มีการบันทึกไว้ และไฟป่าที่มิอาจควบคุมได้ก่อให้เกิดควันไฟปกคลุมไปทั่วพื้นที่ลุ่มน้ำ คำถามคือความแห้งแล้งมีผลกระทบต่อต้นไม้อย่างไร

ภาพข้างบนแสดงถึงคำตอบที่อาจเป็นไปได้ ภาพดังกล่าวเป็นการวัด “ความเขียว” ของพืชพรรณโดย Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) ของดาวเทียม Terra ขององค์การนาซา ชี้ให้เห็นถึงสภาพของพืชพรรณระหว่างเดือนกรกฎาคมถึงเดือนกันยายนปี 2010 เปรียบเทียบกับสภาพทั่วไปโดยเฉลี่ยของช่วงเวลาเดียวกันระหว่างปี 2000 และ 2009 (ยกเว้นปี 2005 ที่เป็นปีแห้งแล้งอีกปีหนึ่ง) ดัชนีพืชพรรณ(the vegetation indices) เป็นการวัดว่าการสังเคราะห์จะเกิดขึ้นมากน้อยเท่าไรโดยดูจากการที่ดาวเทียมจะบันทึกพืชพรรณจากใบได้มากน้อยเพียงใด ในปี 2010 ดัชนีพืชพรรณบันทึกค่าที่ตำ่กว่าเมื่อเทียบกับปีที่ผ่านมา ระบุว่าต้นไม้ภายใต้ความเค้นของความแห้งแล้งจะเกิดใบน้อยลงหรือมีคลอโรฟิลในใบไม้น้อยลง หรือเป็นไปได้ทั้งสองกรณี

แต่การวัดพืชพรรณเหนือผืนป่าเขตร้อนอาจไม่เป็นเรื่องตรงไปตรงมา ดัชนีพืชพรรณ (the vegetation index) นั้นพิจารณาจากแสงอินฟราเรดและแสงที่ตามนุษย์มองเห็นได้ที่พีชสะท้อนกลับออกสู่อวกาศ ผืนป่าที่หนาทึบของป่าเขตร้อนจะดูดซับแสงที่มองเห็นได้ไว้มากที่สุด จึงสะท้อนแสงในช่วงดังกล่าวได้น้อยออกสู่อวกาศซึ่งดาวเทียมสามารถวัดได้ ทำให้ยากที่จะคำนวณดัชนีพืชพรรณเมื่อเทียบกับระบบนิเวศอื่นๆ ขณะเดียวกัน ควันไฟก็เป็นตัวสะท้อนแสงที่มองเห็นได้ เมื่อมีควันในชั้นบรรยากาศในช่วงฤดูแล้ง แสงที่สะท้อนเพิ่มทำให้ดูเหมือนว่าผืนป่านั้นไม่สมบูรณืเหมือนที่ควรจะเป็น ในช่วงปีที่เกิดความแห้งแล้ง ควันจึงเป็นปัญหา และการที่ไฟป่านั้นเกิดขึ้นทั่วไปในสภาพที่แห้งแล้งและผืนป่าอะเมซอนนั้นก็ถูกปกคลุมไปด้วยควันแทบทั้งหมด

เพื่อแก้ปัญหาดังกล่าวนี้ MODIS จึงทำการวัดละอองลอย(aerosols) และเมฆที่เป็นตัวก่อกวนการวัดดัชนีพืชพรรณ ในกรณีของภาพถ่ายดาวเทียมนี้ นักวิทยาศาสตร์วิเคราะห์หมอกควันและเมฆของภาพแต่ละภาพและเอาภาพที่ปะปนกันมากเกินไปออก การวัดที่เหลืออยู่ ทีมนักวิทยาศาสตร์สรุปว่าพื้นที่ป่า 1.68 ล้านตารางกิโลเมตรแสดงถึงสัญญานของความเค้นจากภัยแล้งหรือการลดลงของการสังเคราะห์แสง การวิเคราะห์อีกชุดหนึ่งใช้ข้อมูลปริมาณน้ำฝนซึ่งสรุปว่าต้นไม้ลดลงอย่างมีนัยสำคัญในช่วงความแห้งแล้งของปี 2010

การลดลงของต้นไม้มีผลในวงกว้าง ป่าเขตร้อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งผืนป่าอะเมซอนนั้นเป็นแห่งเก็บคาร์บอนที่ใหญ่ที่สุดแห่งหนึ่งของโลก ป่าไม้ดึงเอาคาร์บอนจากบรรยากาศและเปลี่ยนเป็นสสารในต้นพืช หากป่าเขตร้อนแห้งลงภายใต้สภาวะอากาศที่เปลี่ยนแปลงไป ป่าไม้ก็จะปลดปล่อยคาร์บอนที่เก็บไว้ในเนื้อไม้ที่เน่าเปื่อยของต้นไม้ที่ตายแล้วออกสู่ชั้นบรรยากาศซึ่งส่งผลต่อภาวะโลกร้อนมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะจัดการค้นหาว่าอะไรเกิดขึ้นกับป่าเขตร้อนในสภาพภูมิอากาศต่างๆ เมื่อความแห้งแล้งในป่าฝนเขตร้อนมีแนวโน้มที่จะเกิดมากขึ้น

อ้างอิง

  1. Asner, G.P., and Alencar, A. (2010, August). Drought impacts on the Amazon forest: the remote sensing perspective. New Phytologist, 187 (3), 569-578.
  2. Lewis, S.L., Brando, P.M., Phillips, O.L., van der Heijden, G.M.F., and Nepstad, D. (2011, February 4). The 2010 Amazon drought. Science, 331 (6017), 554.
  3. Li, W., Fu, R., Juárez, R.I.N., and Fernandes, K. (2008, May). Observed change of the standardized precipitation index, its potential cause and implications to future climate change in the Amazon region. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 363 (1498), 1767-1772.
  4. Phillips, O.L., et al. (2009, March 6). Drought sensitivity of the Amazon rainforest.Science, 323 (5919), 1344-1347.
  5. Xu, L., Samanta, A., Costa, M.H., Ganguly, S., Nemani, R.R., and Myneni, R.B. (2011, April 8). Widespread decline in greenness of Amazonian vegetation due to the 2010 drought. Geophysical Research Letters, 38, L07402.

NASA Earth Observatory image created by Jesse Allen, using data provided courtesy of Ranga Myneni, Boston University. Caption by Holli Riebeek.

Instrument: 
Terra – MODIS

ละอองลอย(Aerosols) – ฝุ่นละออง(ถ่านหิน)ในสายลม!

นับตั้งแต่ปี 2543 เป็นต้นมา เครื่องมือ Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) บนดาวเทียม Terra ขององค์การนาซาได้ทำการวัดแบบแผนของละอองลอย(aerosols) ซึ่งหมายถึงอนุภาคขนาดเล็กแขวนลอยในอากาศ ทั้งนี้เพื่อช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจถึงอิทธิพลอันสลับซับซ้อนที่ “ละอองลอย” มีต่อภูมิอากาศโลก แผนที่โลกเปรียบเทียบให้เห็นแบบแผนการกระจายตัวของละอองลอยทั่วโลกในช่วงปี 2543-2550 (ภาพบน) และค่าเฉลี่ยของละอองลอยในปี 2550(ภาพด้านล่าง)

แผนที่บนแสดงความหนา(ทึบแสง)ของละอองลอย จากสีเหลืองซึ่งหมายถึงทึบแสงน้อย ไปหาสีแดงเข้มซึ่งหมายถึงทึบแสงมาก ความหนา(ทึบแสง) บ่งบอกถึงว่า ละอองลอยจะป้องกันมิให้แสงผ่านออกไปสู่ชั้นบรรยากาศได้มากน้อยเท่าใด

แบบแผนของละอองลอย(aerosol patterns) ที่แสดงนี้เป็นผลมาจากทั้งกิจกรรมของมนุษย์และธรรมชาติ ในกรณีทางตอนเหนือของแอฟริกา ด้านตะวันออกของจีนและภูมิภาคตะวันออกกลางนั้นเป็นเรื่องของพายุฝุ่น ที่สำคัญโรงไฟฟ้าถ่านหินและยานยนต์ของจีนก่อให้เกิดละอองลอยปลดปล่อยออกสู่บรรยากาศเป็นจำนวนมหาศาล ส่วนทางตอนเหนือและตอนกลางของแอฟริกา เอเชียตะวันออกเฉียงใต้ อินโดนีเซีย อเมริกากลางและใต้ จะเป็นเรื่องของฤดูกาลเผาเศษวัสดุทางการเกษตร ส่วนทางตอนเหนือของอเมริกาตะวันตก ละอองลอยมาจากไฟป่าที่เกิดขึ้นโดยมนุษย์และธรรมชาติ ส่วนทางตอนเหนือของแอนตาร์ติก กระแสลมที่ไม่เคยหยุดพัดนำพาเอาละอองเกลือทะเลขึ้นสู่บรรยากาศ

แผนที่ด้านล่างแสดงค่าเฉลี่ยปี 2550 ที่ซึ่งมีละอองลอยเข้มข้นมากกว่าค่าเฉลี่ยจะเป็นสีแดง ส่วนที่ซึ่งมีค่าเฉลี่ยน้อยกว่าจะเป็นสีฟ้า การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นในอเมริกาใต้นั้นมีความชัดเจนมากในปี 2550 ละอองฝุ่นควันจากลุ่มน้ำอะเมซอนแพร่กระจายลงไปทางตอนใต้สู่ชายฝั่งของอุรุกวัยและตอนเหนือของอาร์เจนตินา ละอองฝุ่นควันจากจีนตะวันออกก็มีความเข้มข้นสูงกว่าค่าเฉลี่ยเช่นกัน ส่วนอินเดียและเขตซาเฮลของแอฟริกาตะวันตกมีความเข้มข้นสูงกว่าค่าเฉลี่ยแต่น้อยกว่าเมื่อเทียบกับด้านตะวันออกของจีน

ในขณะที่ ละอองฝุ่นควันจากอินโดนีเซีย (โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากเกาะบอร์เนียวที่ซึ่งไฟจากป่าพรุส่งละอองฝุ่นควันเข้าปกคลุมท้องฟ้าในช่วงฤดูเผาไหม้) นั้นมีความเข้มข้นที่ไม่มากนัก เช่นเดียวกับพื้นที่แอฟริกาตอนกลาง ระดับของละอองลอยในเขตละติจูดสูงของป่าโบเรียลนั้นก็มีค่าต่ำ ชี้ให้เห็นว่า ปี 2550 นั้น มิใช่เป็นช่วงที่เกิดไฟป่าโบเรียลครั้งใหญ่