Napjaink modern űrtechnológiája lehetővé teszi, hogy a távérzékelés lehetőségeit kiaknázva egy „másik” szemszögből is megfigyelhessük a troposzferikus légszennyezők területi eloszlását.
A környezetvédelmi rendszerek és a környezetvédelmi menedzsment problémák igen gyakran területfüggők és ezekhez a területfüggő paraméterekhez szorosan kell kapcsolódnia a környezetvédelmi modellezésnek is. Ha például egy nagyváros levegőminőségét próbáljuk megfigyelni, a területi variabilitás miatt igen nagyszámú megfigyelési pontra van szükségünk, ami rendkívül megnöveli az állapotfelmérés (monitoring) költségét. Pillanatnyilag a magyar levegőminőség-mérő hálózat éves fenntartásának költsége 600 MFt, bár csak rendkívül korlátozott területi felbontású adatokkal szolgál. Nemcsak korlátozott a területi felbontása, hanem igen gyakran telepítési helyének kiválasztása is gondot okoz és nem feltétlenül ipari vagy városi légszennyezési csóva szélirányában van elhelyezve. További probléma adódik abból, hogy amikor a légszennyezés közegészségügyi hatását szeretnénk megbecsülni, a szennyezésnek kitett népesség területi eloszlását nem veszik figyelembe. Különösen igaz ez Budapest területén, ahol Magyarország lakosságának 1/5-e él, de a közlekedésből származó légköri kibocsátás majdnem fele innen származik. Az űrfelvételben rejlő nagy területi felbontású információ felhasználása régóta foglalkoztatja a környezetvédelmi szakembereket. Különösen igaz ez a légkör szennyezettségére, ahol az űrfelvételekből megfelelő kalibrációs eljárás után meghatározható az úgynevezett aeroszol optikai mélység. Ez az érték közvetlen korrelációt mutat a másodlagosan (gázokból) keletkezett aeroszol-részecskékkel.

Légkörfizikai háttér
Az aeroszol optikai mélység egy légoszlop össz-aeroszoltartalmára jellemző dimenziótlan fizikai mennyiség. Meghatározásához nagyfelbontású spektrális napsugárzás mérésekre, más szóval nap-spektrofotometria alkalmazására van szükség.
Maga az optikai mélység egy adott közegbeli sugárzásgyengítésre jellemző, amely az adott közegben lévő gázok és aeroszolok abszorpciójának (sugárzáselnyelésének) és szórásának az összeghatását jelenti.
Egy adott hullámhosszra vonatkozó aeroszol optikai mélység számításához ismernünk kell a napsugárzás légkör tetejére beérkező spektrális intenzitásait, az adott hullámhosszon abszorbeáló (elnyelő) légköri gázok összmennyiségét, abszorpciós együtthatóját, valamint azt, hogy a mérés időpontjában mekkora volt az ún. relatív optikai légtömeg, azaz, hogy a mért sugárnyaláb mennyivel hosszabb utat tett meg a légkörben ahhoz képest, mintha merőleges pályán érkezett volna. Ezeken túl ismerni kell az aktuális Nap-Föld távolság és a közepes Nap-Föld távolság viszonyát. Tudni kell továbbá a légköri molekuláris szórás okozta optikai mélységet az adott hullámhosszon, amely a levegő alapvető összetételének ismeretében kiszámítható.
Az aeroszol optikai mélységet azon hullámhosszokon érdemes meghatározni, ahol vagy nincs számottevő gázabszorpció, vagy pedig az elnyelő gáz(ok) összmennyisége a mérési időpontban pontosan ismert. Ezek a hullámhosszok: 368, 380, 412, 450, 500, 610, 675, 778, 862, 1024 nm. Természetesen a fizikai elmélet lehetőséget ad az aeroszol optikai mélység meghatározására a többi hullámhosszon is, de az eredmények kisebb-nagyobb mértékű bizonytalansággal lesznek terheltek. Nem célszerű ugyanakkor meghatározni az aeroszol optikai mélységet a vízgőz széles abszorpciós sávjaiban. Minél nagyobb az aeroszol optikai mélység értéke, annál több aeroszol van jelen a légkörben.
Az aeroszol optikai mélység értékek hullámhosszal való változását aeroszolspektrumnak hívjuk. Az erre illesztett görbe meredekségéből következtehetünk az aeroszolrészecskék aktuális méreteloszlására is, pontosabban egy, a méreteloszlásra jellemző mennyiségre, amelyet α-val jelölünk. Ha csak a fenti 10 hullámhosszra határozzuk meg az aeroszol optikai mélységeket, akkor két kiválasztott hullámhosszra egy formula segítségével számíthatjuk α értékét, amely minél nagyobb, annál nagyobb a kis részecskék részaránya az aeroszolban.

Korábbi eredmények
Az űrfelvételeket már az elmúlt évtizedekben is hasznosították légszennyező csóvák nyomon követésére, illetve diszperziós modellek validálására pillanatfelvételek alapján.
Olaszország egyik legszennyezettebb területe Lombardia, amelynek nagyvárosaiban rendszeresen rendelnek el szmogriadót. Az egyik nagyváros, Brescia, területére mutatták meg először, hogy a Landsat műhold felvételeiből számított aeroszol optikai mélység korrelációt mutat a különböző másodlagos aeroszol perkurzor gázok koncentrációjával. A számított aeroszol optikai mélységet mutatják a képek a Pó-völgy területére (1. kép).

Érdemes megjegyezni, hogy az űrfelvételből számítható aeroszol optikai mélység legnagyobb részét az 1 m-nél kisebb aeroszolrészecskék okozzák, melyek a legkárosabbak az egészségre. Az űrfelvételből meghatározott aeroszol optikai mélység ismeretében az aeroszol-koncentráció számítható, feltételezve, hogy a légoszlopban az aeroszol a talajtól a határrétegig tölti ki a légkört. Ennek magasságát az expedíciók során egy 3000 m magasságig mérő SODAR (hangradar) készülékkel határozzuk meg.
A fenti eredmények alapján az Athéni Nemzeti Obszervatórium munkatársai kifejlesztettek egy olyan szoftvercsomagot, amely alkalmas a műholdfelvétel és levegőminőségi adatok fúziója alapján egy levegőszennyezettségi térkép előállítására. A modell adaptációját és validálását legjobban Budapestre lehet elvégezni, mivel a napspektrofotométeres mérési adatok 1996 óta rendszeresen rendelkezésre állnak (300–1100 nm-ig 1 nm-es felbontással), ellentétben más nagyvárosokkal, ahol ilyen mérésre csak expedíciók során, alkalomszerűen került sor.

Eddig elvégzett validációs mérések
1. Terepi aeroszolmérések 2003 júliusában és 2004 január-februárjában 4 helyszínen Budapest területén,
2. Laboratóriumi mérések: az aeroszol SO4-, NH4- és NO3-koncentrációjának meghatározása ionkromatográfiával a PM2.5 (2,5 m-nél kisebb átmérőjű) frakcióból,
3. Az aeroszol optikai mélység mérése a 368, 380, 412, 480, 500, 610, 675, 778, 862 és 1024 nm hullámhosszakon napfotométerrel a budapesti városi csóván keresztül,
4. Meteorológiai alapparaméterek mérése: szélirány, szélsebesség, páratartalom, hőmérséklet, keveredési réteg magassága.

A 2003 nyári mintavételi expedíció néhány eredménye
A Fodor József Országos Közegészségügyi Központ Gyáli úti székhelyén vett PM2.5 és PM2.5-10 (2,5 m-nél kisebb, illetve 2,5 és 10 m közötti átmérőjű) aeroszolminta átlagos napi koncentrációértékeit láthatjuk az 1. ábrán.

A másodlagos aeroszolképződés folyamatában kulcsfontosságú szulfát, nitrát analízis eredményét láthatjuk a 2. ábra sorozaton. Az analízis két, egy müncheni és egy budapesti PM2.5 aeroszolminta-sorozatból készült. Mindkét mintasorozatban a nitrát illetve a szulfát korrelációját vizsgáltuk az ammóniával. A budapesti mintában a szulfát erős korrelációja mellett a nitrát egyáltalán nem korrelál az ammóniával. Ebből arra következtethetünk, hogy a budapesti levegő finom aeroszol frakciójában a szulfát a domináns ammónia nyelő, így az ammónium-szulfát aeroszol a meghatározó másodlagos aeroszol.
A müncheni mintasorozatban mind a nitrát, mind pedig a szulfát csak gyengén korrelál az ammóniával, kettejük összege viszont már erősebb korrelációt mutat (2c. ábra).

Eszerint a müncheni aeroszolban a nitrát meghatározó versenytársként lép fel a szulfát mellett és közösen osztoznak az ammónián.

A napfotometriás mérések eredményei
A 3. ábrán egy tipikus napspektrumot láthatunk a felszíni LI-1800 típusú nap-spektrofotométerrel mérve. Az ábrán összehasonlításképpen feltüntettük a napsugárzás teljes, a Föld légkörét érő sugárzásának spektrumát is, a légkörbe lépést megelőzően.

A 4. ábrán a mért napspektrumból számított aeroszol optikai mélység (AOD) értékeit láthatjuk a hullámhossz függvényében.

A vízgőz abszorpciója miatt bizonyos hullámhossztartományokban megszakad a görbe folytonossága. Hogy a légkör egyéb gázainak abszorpcióját is kiküszöböljék (mely sok esetben bizonyos mértékig korrigálható), olyan hullámhossz értékeken szokták az aeroszol optikai mélységet megadni, ahol számottevő abszorpció nem lép fel. E tíz hullámhossz mellett számított AOD értékeket szintén feltüntettük az ábrán.