تحليل خصائص التباين المكاني والزماني لتركيز عمود الميثان في حوض بيرميان

يُعدّ تحديد خصائص انبعاثات غاز الميثان وقياسها كميًا في مناطق النفط والغاز شرطًا أساسيًا لوضع تدابير دقيقة للحدّ من هذه الانبعاثات. يعتمد رصد انبعاثات الميثان التقليدي بشكل رئيسي على أساليب إحصائية تصاعدية، تعاني من مشاكل مثل تأخر التحديث، ومحدودية الدقة المكانية، وعدم كفاية دقة البيانات. وقد وفّر تطوير تقنية الاستشعار عن بُعد بالأقمار الصناعية منظورًا جديدًا تنازليًا لرصد غاز الميثان في الغلاف الجوي. يوفر مستشعر TROPOMI، المحمول على متن القمر الصناعي Sentinel-5P، بيانات رصد يومية شاملة لتركيز عمود غاز الميثان في الغلاف الجوي (XCH4) بدقة مكانية تبلغ 7 كم × 3.5 كم، جامعًا بين مزايا التغطية المكانية والزمانية العالية والدقة المكانية العالية نسبيًا.

تستخدم هذه الدراسة بيانات مراقبة الأقمار الصناعية Sentinel-5P/TROPOMI لتحليل خصائص التباين المكاني والزماني لغاز الميثان XCH4 في حوض بيرميان، وتستكشف تأثير أنشطة تطوير حقول النفط على توزيع تركيز الميثان الإقليمي وتطوره، وتهدف إلى توفير الدعم العلمي لرصد ومراقبة انبعاثات الميثان في مناطق استخراج النفط والغاز.

1. تحليل الاستقرار

معامل التباين (CV) هو مقياس إحصائي يعكس تباين القيم المرصودة. ويُحسب كنسبة الانحراف المعياري إلى المتوسط. الصيغة كالتالي:

في الصيغة، يُمثل CV معامل التباين، وσ الانحراف المعياري، وμ المتوسط. تشير قيمة CV الأكبر إلى أن XCH4 يتذبذب بشكل أكبر مع مرور الوقت، بينما تشير قيمة CV الأصغر إلى أن XCH4 يتذبذب بشكل أقل مع مرور الوقت ويكون أكثر استقرارًا.

2. مؤشر هيرست

يُعدّ مؤشر هيرست، القائم على تحليل النطاق القياسي (R/S)، طريقة فعّالة لوصف التبعية طويلة الأجل لمعلومات السلاسل الزمنية كميًا. وقد اقترحه لأول مرة عالم الهيدرولوجيا البريطاني هيرست. صيغة حسابه كالتالي:

في الصيغة، يُمثل R المدى، وS الانحراف المعياري، وc ثابت، وتُقسم القيم المرصودة إلى n متتابعة فرعية، وm أي عدد صحيح موجب يتراوح بين (0، n). ويتراوح مُعامل هيرست (H) بين (0، 1) وهو مؤشر مهم لتقييم متانة بيانات السلاسل الزمنية طويلة الأجل.

1. خصائص التغير السنوي لمتوسط ​​تركيز XCH4

يوضح الشكل 2 التغير السنوي في متوسط ​​تركيز غاز الميثان في حوض بيرميان خلال الفترة من 2020 إلى 2025، بينما يوضح الشكل 3 التوزيع المكاني لمتوسط ​​تركيز غاز الميثان (XCH4) في حوض بيرميان خلال الفترة نفسها. وتشير النتائج إلى أن تركيز غاز الميثان في حوض بيرميان قد ازداد تدريجيًا من 1876.34 جزءًا في المليار عام 2020 إلى 1915.88 جزءًا في المليار عام 2025، أي بزيادة قدرها 39.54 جزءًا في المليار، بمعدل زيادة سنوية متوسطة تبلغ حوالي 7.9 جزءًا في المليار. وبشكل عام، لا يزال تركيز غاز الميثان أعلى بكثير مما كان عليه قبل خمس سنوات، مما يدل على استمرار ارتفاع ضغط انبعاثات غاز الميثان في المنطقة.

الشكل 2. تغير متوسط ​​تركيز عمود الميثان السنوي في حوض بيرميان من عام 2020 إلى عام 2025.

الشكل 3.التوزيع المكاني لمتوسط ​​تركيز غاز الميثان (XCH4) السنوي في حوض بيرميان، 2020-2025

2. خصائص التغير الموسمي لمتوسط ​​تركيز XCH4

يوضح الشكل 4 التغير الفصلي في متوسط ​​تركيز غاز الميثان في حوض بيرميان خلال الفترة من 2020 إلى 2025، بينما يوضح الشكل 5 التوزيع المكاني لمتوسط ​​تركيز غاز الميثان (XCH4) خلال الفترة نفسها. تشير النتائج إلى أن الاتجاه العام لتركيز غاز الميثان في حوض بيرميان خلال الفترة من 2020 إلى 2025 يتزايد تدريجيًا، مع وجود اتجاه تصاعدي طويل الأمد في كل ربع سنة. فعلى سبيل المثال، ارتفع تركيز غاز الميثان في الربع الأول من 1858.17 جزءًا في المليار عام 2020 إلى 1909.27 جزءًا في المليار عام 2025، وارتفع في الربع الرابع من 1886.69 جزءًا في المليار إلى 1927.46 جزءًا في المليار. ثانيًا، يُظهر تركيز XCH4 نمطًا واضحًا للتقلبات الموسمية: غالبًا ما يكون الربع الثالث والرابع أعلى، بينما يكون الربع الأول والثاني أقل نسبيًا، ويكون التركيز في أعلى مستوياته في الربع الرابع من كل عام.

الشكل 4. متوسط ​​التغير الفصلي في تركيز عمود الميثان في حوض بيرميان، 2020-2025

يوضح الشكل 6 معامل التباين (CV) لغاز الميثان (XCH4) في حوض بيرميان خلال الفترة من 2020 إلى 2025، بينما يوضح الشكل 7 توزيع مؤشر هيرست لغاز الميثان في حوض بيرميان خلال الفترة نفسها. تشير النتائج إلى أن معامل التباين لكل بكسل في حوض بيرميان يتراوح بشكل رئيسي بين 0.005 و0.022، مما يدل على استقرار نسبي في سلسلة تركيز غاز الميثان مع تقلبات طفيفة. أما مؤشر هيرست لكل بكسل، فيتراوح بشكل رئيسي بين 0.0017 و0.9984، بمتوسط ​​0.59. تمثل المناطق ذات مؤشر هيرست الأعلى من 0.5 نسبة 71.7% من المساحة الإجمالية، مما يشير إلى اتجاه إيجابي قوي ومستمر في تغيرات تركيز غاز الميثان مستقبلاً، أي أن اتجاه تغير غاز الميثان في معظم المناطق سيكون مماثلاً لما كان عليه في الماضي.

الشكل 6.معامل التباين (CV) لغاز الميثان (XCH4) في حوض بيرميان، 2020-2025

الشكل 7. توزيع مؤشر هيرست لـ XCH4 في حوض بيرميان، 2020-2025.

استنادًا إلى قدرات Sentinel-5P في مجال الرصد الإقليمي وتحليل الاتجاهات المكانية والزمانية XCH4، مع التركيز على سيناريوهات مثل التحكم الكلي، والتنبؤ بالاتجاهات، ومعايرة المخزون، وإدارة الامتثال، فإن قيمة تطبيقها هي كما يلي:

شركات النفط والغاز تقلل الانبعاثات وتزيد الكفاءةوبناءً على أنماط التباين المكاني والزماني للميثان في المنطقة، فإن هذا يوجه تنظيم كثافة التعدين، والاستخراج الفعال للغاز المصاحب، وتحسين كفاءة الاحتراق، مما يساهم في الامتثال البيئي وإدارة خفض الانبعاثات على المدى الطويل.

التنظيم الحكومي وإدارة الكربون: لمعايرة قوائم جرد انبعاثات الميثان الإقليمية، وتحسين دقة حساب غازات الاحتباس الحراري، ودعم التحكم البيئي في إجمالي الانبعاثات، وصياغة سياسات المناخ، والإشراف الروتيني على الغلاف الجوي.

التقييس الفني للصناعةسيؤدي هذا إلى إنشاء عملية موحدة للاستشعار عن بعد بالأقمار الصناعية لمراقبة غاز الميثان في مناطق النفط والغاز، والتي يمكن توسيعها لتشمل أحواض النفط والغاز في جميع أنحاء العالم، مما يعزز التطبيق العملي للمراقبة المتكاملة بين الفضاء والأرض.

التمويل الأخضر وإدارة المخاطريوفر بيانات موضوعية لتقييم الحوكمة البيئية والاجتماعية والمؤسسية، والائتمان الأخضر، والاستثمار منخفض الكربون، ويتيح الوقاية المبكرة من المخاطر البيئية والسيطرة عليها بناءً على اتجاهات التركيز.

الحوكمة العالمية للمناخيوفر هذا المشروع دعماً علمياً واسع النطاق وطويل الأجل لأهداف الحياد الكربوني الوطنية، والامتثال الدولي لقوانين المناخ، والتعاون العالمي للحد من انبعاثات غاز الميثان.