Akuisisi data deteksi CH4 di atas kapal dan algoritma inversi penginderaan jauh satelit CH4 presisi tinggi.

Untuk memperoleh informasi tentang distribusi spasial dan temporal serta variasi konsentrasi CH4 di dekat permukaan, teknologi deteksi CH4 berbasis satelit inframerah gelombang pendek telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir. Beberapa satelit deteksi inframerah gelombang pendek telah diluncurkan baik di dalam maupun luar negeri, melakukan serangkaian studi deteksi CH4 dan aplikasi terkait, sehingga memungkinkan deteksi CH4 berbasis ruang angkasa. Satelit eksperimental ilmiah yang diluncurkan selama periode ini telah mendorong pengembangan algoritma inversi penginderaan jauh satelit CH4 dan algoritma inversi fluks, meletakkan dasar teknologi untuk meningkatkan kemampuan deteksi ruang angkasa, menghasilkan produk data, dan menerapkannya secara langsung. Lebih lanjut, mereka telah menunjukkan potensi aplikasi deteksi inframerah gelombang pendek dalam estimasi keseimbangan sumber-penyerap CH4 global dari perspektif akurasi data deteksi dan estimasi fluks.

Akuisisi data deteksi CH4 dari luar angkasa.

Akuisisi data deteksi CH4 berbasis satelit yang akurat memerlukan dukungan algoritma inversi penginderaan jauh satelit CH4 berpresisi tinggi. Kualitas produk data CH4 yang dideteksi satelit biasanya bergantung pada pemilihan instrumen deteksi dan parameter inversi. Deteksi inframerah gelombang pendek memiliki keunggulan sensitif terhadap perubahan konsentrasi CH4 di dekat permukaan, tetapi spektrum penyerapan inframerah gelombang pendek mudah dipengaruhi oleh parameter atmosfer dan permukaan seperti gas pengganggu, suhu, awan, dan aerosol, sehingga menimbulkan kesalahan yang signifikan. Tujuan algoritma inversi berpresisi tinggi adalah untuk mengurangi pengaruh faktor pengganggu dan memperoleh informasi konsentrasi gas target dari informasi spektral yang efektif. Secara internasional, berbagai metode inversi penginderaan jauh satelit gas rumah kaca telah dikembangkan menggunakan metode deteksi spektral satelit SCIAMACHY dan GOSAT. Di antara metode-metode tersebut, yang paling banyak digunakan adalah algoritma inversi model fisik penuh, metode inversi proksi, dan metode inversi WFM-DOAS.

Algoritma proksi

Algoritma Proxy biasanya menggunakan komponen atmosfer yang stabil seperti CO2 sebagai representatif untuk mengoreksi pengaruh awan dan aerosol pada jalur optik di pita deteksi CH4, sehingga mengekstrak informasi konsentrasi CH4 yang efektif. Hal ini mensyaratkan bahwa pengaruh awan dan aerosol pada jalur optik di pita tempat gas target dan gas representatif berada harus sebanding. Oleh karena itu, algoritma ini biasanya hanya berlaku untuk deteksi satelit yang secara simultan mencakup pita serapan CO2 dan CH4 1,6 μm. Produk data GOSAT yang diperoleh dengan algoritma UoL-Proxy yang dikembangkan oleh Universitas Leicester, Inggris, telah diverifikasi oleh TCCON, dengan akurasi deteksi titik tunggal sebesar 13,72 ppb dan bias keseluruhan global sekitar 9,06 ppb. Studi menunjukkan bahwa akurasi XCH4 yang diperoleh menggunakan metode Proxy sangat dipengaruhi oleh akurasi gas representatif XCO2, jalur optik, dan koreksi kesalahan sistematis, dengan akurasi perolehan berkisar antara sekitar 0,6% hingga 2%.

Algoritma WFM-DOAS

Algoritma WFM-DOAS didasarkan pada spektroskopi absorpsi diferensial klasik, menggunakan fungsi pembobotan dari jumlah total kolom gas target alih-alih penampang absorpsi untuk menyesuaikan spektrum absorpsi diferensial. Awalnya dibangun berdasarkan spektroskopi deteksi SCIAMACHY, algoritma WFM-DOAS memungkinkan inversi berbagai konsentrasi kolom gas; sekarang telah diterapkan pada inversi XCH4 dan XCO di Tropomi, menghasilkan produk data dengan konsistensi tinggi dengan hasil algoritma fisika murni. Hasil validasi berbasis darat menunjukkan bahwa kesalahan acak XCH4 yang diperoleh oleh algoritma WFM-DOAS adalah 14,0 ppb (0,8%), dan kesalahan sistematisnya adalah 4,3 ppb (0,2%). Algoritma inversi WFMDOAS memiliki persyaratan yang relatif rendah untuk resolusi spektral, tetapi persyaratan tinggi untuk akurasi kalibrasi spektral dan parameter tambahan seperti medan meteorologi (misalnya, profil suhu dan kelembaban, tekanan), dan sangat dipengaruhi oleh tutupan awan.

Algoritma Inversi Fisik Lengkap

Algoritma inversi fisik sepenuhnya memanfaatkan pemodelan maju untuk mensimulasikan proses transfer radiasi atmosfer dari sinyal, secara signifikan mengurangi kesalahan yang disebabkan oleh ketidakpastian jalur optik akibat hamburan selama transfer radiasi, dan biasanya mencapai akurasi inversi yang tinggi. Algoritma inversi penginderaan jauh satelit gas rumah kaca internasional utama meliputi algoritma standar GOSAT NIES-FP, algoritma standar OCO-2 NASA ACOS, UoL-FP Universitas Leicester, algoritma standar TROPOMI RemoTeC, dan algoritma standar satelit karbon Tiongkok IAPCAS. Algoritma-algoritma ini dapat digunakan untuk memperoleh produk data XCH4 dan XCO2 atmosfer presisi tinggi dari spektrum inframerah gelombang pendek satelit. Dengan analisis mendalam tentang kesalahan hasil inversi dan meningkatnya tuntutan akan akurasi produk, algoritma-algoritma ini terus diperbarui dan dioptimalkan. Saat ini, akurasi inversi XCH4 menggunakan TROPOMI dan GOSAT telah sangat ditingkatkan. Akurasi inversi TROPOMI XCH4 yang diperoleh menggunakan algoritma RemoTeC yang telah ditingkatkan telah mencapai −3,4 ± 5,6 ppb. Akuisisi produk data XCH4 berpresisi tinggi meletakkan dasar data untuk estimasi anggaran CH4 atmosfer. Algoritma IAPCAS dikembangkan untuk aplikasi data dari satelit TanSat China. Dengan menggunakan algoritma ini, produk data XCO2 berpresisi tinggi sebesar 1,47 ppm dapat diperoleh dari spektrum probe TanSat, dan juga memiliki kemampuan untuk memperoleh data XCH4 dan XCO2 dari spektrum GOSAT. Pembentukan algoritma ini dan keberhasilan penerapannya dalam inversi multi-satelit telah meletakkan dasar algoritmik untuk praktik misi satelit selanjutnya di negara saya.

Metode estimasi fluks

Estimasi anggaran CH4 global dan regional dapat membantu meningkatkan pemahaman kita tentang distribusi sumber-penyerap CH4 dan memberikan referensi untuk mengatasi perubahan iklim di masa depan. Metode estimasi fluks saat ini terutama dibagi menjadi dua pendekatan: bottom-up dan top-down. Pendekatan bottom-up, berdasarkan inventaris emisi, fluks yang diamati stasiun, atau data fluks simulasi skala grid, melakukan ekstrapolasi spasial dan merupakan metode estimasi anggaran karbon tradisional. Namun, karena ketepatan waktu data yang rendah, hasil perhitungan biasanya tertinggal dan tidak dapat menangkap perubahan dinamis pada sumber dan penyerap secara tepat waktu. Pendekatan top-down terutama bergantung pada data konsentrasi komponen atmosfer dan data inventaris emisi yang diperoleh melalui pengamatan, memanfaatkan model transportasi kimia atmosfer dan metode asimilasi data untuk memperkirakan fluks. Penelitian yang ada menunjukkan bahwa penggunaan data pengamatan satelit untuk estimasi fluks dapat mengurangi ketidakpastian sekitar 85% dibandingkan dengan hanya menggunakan pengamatan berbasis darat. Namun, metode ini memiliki persyaratan ketat pada akurasi data pengamatan; Bahkan bias sistematis yang berkorelasi secara regional atau temporal sebesar 1% dapat memengaruhi validitas hasil inversi fluks. Berdasarkan model transportasi kimia atmosfer dan produk data satelit XCH4 berpresisi tinggi, beberapa tim telah melakukan penelitian tentang estimasi fluks CH4. Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa penggunaan data satelit dalam pengambilan fluks dapat secara signifikan mengurangi ketidakpastian pengambilan fluks di berbagai wilayah, memberikan data validasi penting untuk inventaris emisi CH4 bottom-up dan model emisi lahan basah. Saat ini, data GOSAT banyak digunakan dalam estimasi fluks CH4 permukaan, membantu dalam analisis distribusi dan perubahan sumber dan penyerapan CH4 pada skala global dan regional. Data ini memberikan bukti yang andal untuk menilai kontribusi berbagai sektor terhadap emisi CH4 dan untuk mendapatkan pemahaman yang lebih dalam tentang perubahan distribusi sumber dan penyerapan CH4 serta dampaknya terhadap iklim. TROPOMI memiliki resolusi spasial dan temporal yang tinggi, dan volume serta akurasi datanya jauh lebih unggul daripada GOSAT, sehingga mampu unggul dalam estimasi fluks skala halus. Hasil penelitian ini memberikan dukungan data ilmiah untuk penganggaran metana global dan pemahaman lebih lanjut tentang perubahan sumber dan penyerapan CH4.

Produk data CH4 berbasis satelit dengan resolusi spasial dan temporal tinggi dapat secara langsung mencerminkan proses emisi CH4 antropogenik. TROPOMI telah menunjukkan keunggulannya dalam deteksi spasial dan temporal berkelanjutan untuk pemantauan dan estimasi emisi CH4, dan kemampuan deteksi presisi tingginya juga menciptakan kondisi untuk pemantauan dan kuantifikasi emisi CH4 sumber area regional. Dikombinasikan dengan data konsentrasi CO atmosfer yang terdeteksi secara sinkron, stabilitas emisi CH4 lokal dapat dinilai secara independen tanpa model transportasi atmosfer. Seri satelit komersial GHGSat, dengan resolusi spasial tinggi, dirancang untuk memperoleh emisi titik sumber CH4 dari produksi industri. Dengan mengidentifikasi gumpalan emisi CH4 skala halus, satelit ini telah banyak digunakan dalam pemantauan emisi lokal dan estimasi emisi.

Sumber bahan referensi:

Analisis Status Terkini dan Tren Perkembangan Satelit Pengamatan Metana Atmosfer yang Bertujuan Mencapai Netralitas Karbon dan Puncak Karbon di Negara Saya