Распрацоўка і прыклады прымянення спадарожнікаў глабальнага маніторынгу метану

Тэхналогіі маніторынгу метану звычайна распрацоўваюцца на аснове аптычных, хімічных і акустычных прынцыпаў, у першую чаргу ўключаюць гіперспектральныя інфрачырвоныя візуалізацыйныя спектрометры, цеплавізары, фотаіянізацыйныя дэтэктары і ультрагукавыя дэтэктары. Гэтыя прылады могуць быць устаноўлены непасрэдна на вытворчых і транспартных аб'ектах для анлайн-маніторынгу або мантаваны на мабільных транспартных сродках, такіх як аўтамабілі, нізкавышынныя самалёты або беспілотнікі, для адбору проб і аналізу ў пэўнай зоне. Аднак традыцыйныя тэхналогіі маніторынгу абмежаваныя такімі фактарамі, як працоўная сіла, кошт, час і прастора, што робіць немагчымым атрыманне бесперапынных і адсочваемых дадзеных аб выкідах метану на вялікіх тэрыторыях і не дазваляе выяўляць маштабныя ўцечкі метану. З развіццём тэхналогіі спадарожнікавага дыстанцыйнага зандзіравання, асабліва тэхналогіі гіперспектральнай візуалізацыі, развітыя краіны паскараюць даследаванні і прымяненне гэтай тэхналогіі ў маніторынгу метану, імкнучыся стварыць глабальную сістэму маніторынгу метану.

△Кароткі агляд прадукцыйнасці спадарожнікаў CH4, якія завяршылі або ўсё яшчэ знаходзяцца на арбіце

Распрацоўка глабальных спадарожнікаў маніторынгу метану

З паглыбленнем даследаванняў глабальнага змянення клімату і ўдасканаленнем касмічных тэхналогій выяўлення парніковых газаў, колькасць спадарожнікаў для выяўлення CH4 пачала хутка павялічвацца з 2017 года. Запуск некалькіх спадарожнікаў для выяўлення CH4, якія працуюць у караткахвалевым інфрачырвоным дыяпазоне, спрыяў хуткаму развіццю глабальных даследаванняў у галіне выяўлення і прымянення CH4. Пасля падпісання Парыжскага пагаднення сфера спадарожнікавага маніторынгу метану ўступіла ў перыяд хуткага развіцця. Афіцыйныя касмічныя агенцтвы, такія як Еўрапейскае касмічнае агенцтва, Японскае агенцтва аэракасмічных даследаванняў і Італьянскае касмічнае агенцтва, запусцілі спадарожнікі Sentinel-5P, GOSAT-2 і VEGA адпаведна, якія неслі адпаведныя распрацаваныя спектрометры Tropomi, FTS-2 і PRISMA для маніторынгу выкідаў метану ва ўсім свеце. Што тычыцца паказчыкаў эфектыўнасці, гэтыя тры агенцтвы дасягнулі значнага прагрэсу ў парогах маніторынгу выкідаў метану, у той час як італьянскі спектрометр PRISMA таксама дасягнуў значнага паляпшэння прасторавага разрознення, прычым дакладнасць наземнага маніторынгу дасягнула ўзроўню 30 метраў.

△Параўнальная табліца прадукцыйнасці асноўных глабальных спадарожнікаў маніторынгу метану

Прагрэс спадарожнікавага маніторынгу метану ў маёй краіне

Кітай таксама запусціў серыю спадарожнікаў для выяўлення атмасфернага CH4. Прыбор маніторынгу парніковых газаў (GMI) на борце спадарожніка Gaofen-5 (GF-5) выкарыстоўвае прасторавую гетэрадынную спектраскапію (SHS) для атрымання спектральных сігналаў у дыяпазоне ад блізкага інфрачырвонага да кароткахвалевага інфрачырвонага выпраменьвання (759–2058 нм), характарызуючыся высокім суадносінамі сігнал/шум і беззеркальнай працай. Спектральны дыяпазон GMI падобны да SCIAMACHY, а яго спектральнае разрозненне такое ж, як у TANSO-FTS, што дазваляе яму атрымліваць інфармацыю аб канцэнтрацыі парніковых газаў, такіх як CH4 і CO2, забяспечваючы падтрымку дадзеных для аналізу крыніцы-сцёку парніковых газаў. Гіперспектральны манітор парніковых газаў (GAS) на борце спадарожніка Fengyun-3D выкарыстоўвае інтэрфераметрычную спектраскапію для атрымання спектраў высокага разрознення ў чатырох дыяпазонных вокнах у дыяпазоне ад блізкага інфрачырвонага да кароткахвалевага інфрачырвонага выпраменьвання, які выкарыстоўваецца для атрымання інфармацыі аб канцэнтрацыі атмасферных кампанентаў, такіх як CH4 і CO2, паляпшаючы колькасную ацэнку патокаў паверхневых парніковых газаў у рэгіянальных маштабах.

Спадарожнікавае дыстанцыйнае зандзіраванне GHGSat кантралюе выкіды метану з нафтагазавых аб'ектаў.

Камерцыйныя спадарожнікі для маніторынгу метану працягваюць рабіць вялікія поспехі.

Камерцыйныя спадарожнікі ў першую чаргу арыентуюцца на лакалізаваныя зоны прамысловых выкідаў нафты і газу, ацэньваючы выкіды шляхам атрымання дадзеных з высокім прасторавым разрозненнем. Распрацоўка камерцыйных спадарожнікаў таксама стварыла выдатныя ўмовы для лакалізаванага маніторынгу выкідаў CH4, дапаўняючы глабальныя магчымасці выяўлення CH4 з космасу. З 2016 па 2021 год канадская кампанія па вытворчасці спадарожнікаў для вызначэння парніковых газаў GHGSat запусціла спадарожнікі GHGSat-D, GHGSat-C1 і GHGSat-C2 і завяршыла стварэнне іх сеткі, павысіўшы парог маніторынгу выкідаў метану і прасторавае разрозненне да 100 кг/г і 25 метраў адпаведна, што дазваляе дакладна маніторынгаваць крыніцы выкідаў метану, такія як асобныя наземныя нафтагазаздабыўныя ўстаноўкі і трубаправоды прыроднага газу.

Выпадкі прымянення спадарожнікаў для маніторынгу метану

Ацэнка глабальных і рэгіянальных бюджэтаў CH4 можа дапамагчы палепшыць наша разуменне размеркавання крыніц і паглынальнікаў CH4 і забяспечыць арыенцір для вырашэння праблем будучых змяненняў клімату. У цяперашні час дадзеныя GOSAT шырока выкарыстоўваюцца для ацэнкі паверхневых патокаў CH4, дапамагаючы ў аналізе размеркавання крыніц і паглынальнікаў CH4 і змяненняў у глабальным і рэгіянальным маштабах. Яны даюць надзейныя доказы для ацэнкі ўкладу розных сектараў у выкіды CH4 і для больш глыбокага разумення змяненняў у размеркаванні крыніц і паглынальнікаў CH4 і іх уплыву на клімат. TROPOMI, з яго больш высокім прасторава-часавым дазволам і значна большым і больш дакладным аб'ёмам дадзеных, чым GOSAT, выдатна спраўляецца з ацэнкай патокаў у дробным маштабе. Гэтыя высновы забяспечваюць навуковую падтрымку дадзеных для глабальнага бюджэтавання метану і далейшага разумення змяненняў крыніц і паглынальнікаў CH4.

Высокапрасторава-часавыя прадукты з данымі па CH4, атрыманыя са спадарожнікаў, могуць непасрэдна адлюстроўваць антрапагенныя працэсы выкідаў CH4. TROPOMI прадэманстраваў сваю перавагу ў бесперапынным прасторава-часавым выяўленні для маніторынгу і ацэнкі выкідаў CH4, а яго магчымасці высокадакладнага выяўлення таксама ствараюць умовы для маніторынгу і колькаснай ацэнкі рэгіянальных выкідаў CH4 з плошчавых крыніц. У спалучэнні з сінхронна выяўленымі данымі аб канцэнтрацыі CO у атмасферы, стабільнасць лакальных выкідаў CH4 можа быць ацэнена незалежна без мадэляў атмасфернага пераносу. Серыя камерцыйных спадарожнікаў GHGSat з высокім прасторавым разрозненнем прызначана для атрымання выкідаў CH4 з кропкавых крыніц з прамысловай вытворчасці. Дзякуючы вызначэнню дробнамаштабных шлейфаў выкідаў CH4, яны шырока выкарыстоўваюцца ў лакальным маніторынгу і ацэнцы выкідаў.

Вынікі глабальнага размеркавання канцэнтрацыі ў калонцы △CH4 (XCH4)

Выпадкі прымянення спадарожнікаў для маніторынгу метану

Антрапагенныя выкіды CH4 з'яўляюцца асноўным фактарам, які спрыяе значнаму глабальнаму пацяпленню, і дакладнае рэгіянальнае выяўленне CH4 мае вялікае значэнне для маніторынгу і кантролю працэсаў антрапагенных выкідаў. Хэфэйскія інстытуты фізічных навук Кітайскай акадэміі навук атрымалі інфармацыю аб спектры паглынання CH4 у канале 1,65 мкм з дапамогай спадарожніка Gaofen-5 GMI і атрымалі глабальныя вынікі размеркавання канцэнтрацыі CH4 у калонцы (XCH4), блізкія да вынікаў падобных міжнародных прыбораў.

Цэнтр спадарожнікавых экалагічных прыкладанняў Міністэрства экалогіі і навакольнага асяроддзя восенню 2022 года (з 1 ліпеня па 30 верасня) правёў глабальны маніторынг атмасфернага CH4 з дапамогай гіперспектральнага інтэграванага спадарожніка назірання. Вынікі маніторынгу выразна адлюстроўвалі відавочныя характарыстыкі шыротнага размеркавання, а дакладнасць інверсіі CH4 была лепшай за 20 праміле ў параўнанні з дадзенымі вымярэнняў станцыі TCCON. Уцечка прыроднага газаправода Nord Stream у верасні 2022 года прыцягнула шырокую міжнародную ўвагу. Каб адсачыць развіццё інцыдэнту, Цэнтр спадарожнікавых экалагічных прыкладанняў Міністэрства экалогіі і навакольнага асяроддзя выкарыстаў спадарожнік 30 верасня для правядзення аварыйнага маніторынгу ўздоўж прыроднага газаправода Nord Stream. Сумесна з Уханьскім універсітэтам, Нанкінскім універсітэтам і іншымі ўстановамі ён правёў дыстанцыйную ідэнтыфікацыю і колькасную ацэнку анамалій выкідаў CH4, выявіўшы адносна відавочную анамалію выкідаў CH4 на трубаправодзе Nord Stream 2 на ўсход ад вострава Борнхольм, Данія, з ацэначным аб'ёмам выкідаў прыблізна 70 т/г.

△ Маніторынг анамалій выкідаў CH4 уздоўж газаправода «Паўночны паток» з дапамогай гіперспектральных інтэграваных спадарожнікаў назірання

Пасля гадоў будаўніцтва і развіцця сістэма назірання за парніковымі газамі ў маёй краіне паказала перспектыўнасць інтэграванай падтрымкі шматкрынічных дадзеных "космас-паветра-зямля". Гэта не толькі забяспечвае дадзеныя і тэхнічную падтрымку для прадухілення і кантролю забруджвання паветра ў маёй краіне і прагназавання якасці паветра, але і спрыяе стварэнню глабальнай шматспадарожнікавай платформы назірання за парніковымі газамі. На працягу 14-га пяцігадовага плана мая краіна будзе працягваць нарошчваць свае намаганні ў галіне даследаванняў і распрацоўкі новых спадарожнікаў і стварэння прыкладных сістэм, далей удасканальваючы свае магчымасці дыстанцыйнага маніторынгу асноўных глабальных парніковых газаў і забруджвальнікаў паветра, а таксама забяспечваючы падтрымку дадзеных дыстанцыйнага маніторынгу для дасягнення нацыянальных стратэгічных мэтаў "падвойнага вугляроду" і вырашэння праблемы глабальнага змянення клімату.

Некаторыя з даведачных матэрыялаў узятыя з:

Будаўніцтва спадарожнікаў для назірання за парніковымі газамі ў маёй краіне і прымяненне тыповых дадзеных

Аналіз бягучага стану і тэндэнцый развіцця спадарожнікаў назірання за атмасферным метанам, накіраваных на дасягненне вугляроднай нейтральнасці і піка вугляроду ў маёй краіне