Pengembangan Satelit Pemantauan Metana Global dan Studi Kasus Penerapannya

Teknologi pemantauan metana umumnya dirancang berdasarkan prinsip optik, kimia, dan akustik, terutama meliputi spektrometer pencitraan inframerah hiperspektral, pencitraan termal, detektor fotoionisasi, dan detektor ultrasonik. Perangkat ini dapat dipasang langsung di fasilitas produksi dan transportasi untuk pemantauan daring, atau dipasang pada kendaraan bergerak seperti kendaraan bermotor, pesawat terbang rendah, atau drone untuk pengambilan sampel dan analisis di area tertentu. Namun, teknologi pemantauan tradisional dibatasi oleh faktor-faktor seperti tenaga kerja, biaya, waktu, dan ruang, sehingga tidak memungkinkan untuk memperoleh data emisi metana yang berkelanjutan dan dapat dilacak di area yang luas, dan kurang mampu mendeteksi kebocoran metana skala besar. Dengan kemajuan teknologi penginderaan jauh satelit, terutama teknologi pencitraan hiperspektral, negara-negara maju mempercepat penelitian dan penerapan teknologi ini dalam pemantauan metana, dengan tujuan membangun sistem pemantauan metana global.

△Ringkasan kinerja satelit CH4 yang telah menyelesaikan misi atau masih berada di orbit

Pengembangan satelit pemantauan metana global

Dengan semakin mendalamnya penelitian tentang perubahan iklim global dan semakin matangnya teknologi deteksi gas rumah kaca berbasis ruang angkasa, jumlah satelit deteksi CH4 mulai meningkat pesat sejak tahun 2017. Peluncuran beberapa satelit deteksi CH4 berbasis pita inframerah gelombang pendek telah mendorong perkembangan pesat deteksi CH4 global dan penelitian aplikasinya. Setelah penandatanganan Perjanjian Paris, bidang pemantauan satelit metana memasuki periode perkembangan pesat. Badan antariksa resmi seperti Badan Antariksa Eropa, Badan Eksplorasi Antariksa Jepang, dan Badan Antariksa Italia masing-masing meluncurkan satelit Sentinel-5P, GOSAT-2, dan VEGA, yang membawa spektrometer Tropomi, FTS-2, dan PRISMA yang mereka kembangkan untuk memantau emisi metana secara global. Dalam hal indikator kinerja, ketiga badan ini telah membuat kemajuan signifikan dalam ambang batas pemantauan emisi metana, sementara spektrometer PRISMA Italia juga telah mencapai peningkatan signifikan dalam resolusi spasial, dengan akurasi pemantauan di darat mencapai tingkat 30 meter.

△ Bagan perbandingan kinerja satelit pemantau metana global utama

Kemajuan satelit pemantau metana negara saya

China juga telah meluncurkan serangkaian satelit untuk mendeteksi CH4 di atmosfer. Instrumen Pemantauan Gas Rumah Kaca (GMI) yang terpasang pada satelit Gaofen-5 (GF-5) menggunakan spektroskopi heterodin spasial (SHS) untuk memperoleh sinyal spektral dalam pita inframerah dekat hingga inframerah gelombang pendek (759–2058 nm), yang memiliki rasio sinyal terhadap derau yang tinggi dan pengoperasian tanpa cermin. Rentang spektral GMI mirip dengan SCIAMACHY, dan resolusi spektralnya sama dengan TANSO-FTS, sehingga memungkinkan untuk memperoleh informasi konsentrasi gas rumah kaca seperti CH4 dan CO2, memberikan dukungan data untuk analisis sumber-penyerap gas rumah kaca. Monitor Gas Rumah Kaca Hiperspektral (GAS) yang terpasang pada satelit Fengyun-3D menggunakan spektroskopi interferometrik untuk memperoleh spektrum resolusi tinggi dalam empat jendela pita dalam rentang inframerah dekat hingga inframerah gelombang pendek, yang digunakan untuk mendapatkan informasi konsentrasi komponen atmosfer seperti CH4 dan CO2, sehingga meningkatkan estimasi kuantitatif fluks gas rumah kaca permukaan pada skala regional.

△Penginderaan jarak jauh satelit GHGSat memantau emisi metana dari fasilitas minyak dan gas.

Satelit pemantauan metana komersial terus mengalami kemajuan.

Satelit komersial terutama menargetkan area emisi industri minyak dan gas lokal, memperkirakan emisi dengan memperoleh data citra resolusi spasial tinggi. Pengembangan satelit komersial juga telah menciptakan kondisi yang sangat baik untuk pemantauan emisi CH4 lokal, melengkapi kemampuan deteksi CH4 global berbasis ruang angkasa. Dari tahun 2016 hingga 2021, GHGSat, sebuah perusahaan satelit gas rumah kaca Kanada, meluncurkan satelit GHGSat-D, GHGSat-C1, dan GHGSat-C2 dan melengkapi jaringannya, meningkatkan ambang batas pemantauan emisi metana dan resolusi spasial masing-masing menjadi 100 kg/jam dan 25 meter, memungkinkan pemantauan yang tepat terhadap sumber emisi metana seperti fasilitas produksi minyak dan gas berbasis darat tunggal dan pipa gas alam.

Studi Kasus Penerapan Satelit Pemantauan Metana

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. Saat ini, data GOSAT banyak digunakan dalam memperkirakan fluks CH4 permukaan, membantu analisis distribusi sumber-penyerap CH4 dan perubahannya 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-penyerap CH4 dan dampaknya terhadap iklim. TROPOMI, dengan resolusi spasial dan temporal yang lebih tinggi serta volume data yang jauh lebih besar dan lebih akurat daripada GOSAT, unggul dalam estimasi fluks skala halus. Temuan ini memberikan dukungan data ilmiah untuk penganggaran metana global dan pemahaman lebih lanjut tentang perubahan sumber-penyerap 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.

Hasil distribusi global konsentrasi kolom △CH4 (XCH4)

Studi Kasus Penerapan Satelit Pemantauan Metana

Emisi CH4 antropogenik merupakan faktor utama yang berkontribusi terhadap pemanasan global yang signifikan, dan deteksi CH4 regional yang akurat sangat penting sebagai panduan untuk memantau dan mengendalikan proses emisi antropogenik. Institut Ilmu Fisika Hefei, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, memperoleh informasi spektrum penyerapan CH4 pada saluran 1,65 μm menggunakan satelit Gaofen-5 GMI, dan memperoleh hasil distribusi global konsentrasi kolom CH4 (XCH4) yang mendekati hasil instrumen internasional serupa.

Pusat Aplikasi Lingkungan Satelit Kementerian Ekologi dan Lingkungan melakukan pemantauan CH4 atmosfer global menggunakan satelit pengamatan terintegrasi hiperspektral pada musim gugur 2022 (1 Juli hingga 30 September). Hasil pemantauan secara jelas mencerminkan karakteristik distribusi lintang yang nyata, dan akurasi inversi CH4 lebih baik dari 20 ppm dibandingkan dengan data pengukuran stasiun TCCON. Kebocoran pipa gas alam Nord Stream pada September 2022 menarik perhatian internasional secara luas. Untuk melacak perkembangan insiden tersebut, Pusat Aplikasi Lingkungan Satelit Kementerian Ekologi dan Lingkungan menggunakan satelit pada tanggal 30 September untuk melakukan pemantauan darurat di sepanjang pipa gas alam Nord Stream. Bersama dengan Universitas Wuhan, Universitas Nanjing, dan lembaga lainnya, mereka melakukan identifikasi dan kuantifikasi anomali emisi CH4 dengan penginderaan jauh, menemukan anomali emisi CH4 yang relatif jelas pada pipa Nord Stream 2 di sebelah timur Pulau Bornholm, Denmark, dengan perkiraan emisi sekitar 70 t/jam.

△ Pemantauan anomali emisi CH4 di sepanjang jalur pipa gas alam Nord Stream berdasarkan satelit pengamatan terintegrasi hiperspektral

Setelah bertahun-tahun pembangunan dan pengembangan, pengamatan gas rumah kaca di negara saya telah menunjukkan potensi dukungan data multi-sumber terintegrasi dari ruang angkasa, udara, dan darat. Hal ini tidak hanya menyediakan data dan dukungan teknis untuk pencegahan dan pengendalian polusi udara serta prakiraan kualitas udara di negara saya, tetapi juga berkontribusi pada pembangunan platform pengamatan gas rumah kaca multi-satelit global. Selama periode Rencana Lima Tahun ke-14, negara saya akan terus meningkatkan upaya dalam penelitian dan pengembangan satelit baru dan pembangunan sistem aplikasi, lebih meningkatkan kemampuan pemantauan penginderaan jauh untuk gas rumah kaca dan polutan udara utama global, dan menyediakan dukungan data pemantauan penginderaan jauh untuk mencapai tujuan strategis nasional "karbon ganda" dan mengatasi perubahan iklim global.

Beberapa bahan referensi berasal dari:

Pembangunan Satelit Pengamatan Gas Rumah Kaca Negara Saya dan Penerapan Data Khas

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