Satelit pemantau metana – titik fokus baru dalam pemantauan gas rumah kaca.

Prinsip kerja satelit pemantauan metana adalah memperkirakan jumlah total metana dengan menganalisis penyerapan spektral metana pada panjang gelombang yang berbeda. Jangkauan pemantauan penginderaan jauh mencakup jumlah metana dalam ruang kolom dari satelit ke permukaan tanah, dan tujuan utamanya adalah untuk memperoleh data konsentrasi CH4 atmosfer dekat permukaan yang akurat dan kontinu secara spasial dan temporal.

Deteksi CH4 dari luar angkasa pada awalnya sebagian besar menggunakan pita inframerah termal. Namun, karena radiasi emisi permukaan dan atmosfer dekat permukaan pada pita inframerah termal serupa, sulit untuk membedakan keduanya dari spektrum. Akibatnya, pita inframerah termal tidak sensitif terhadap perubahan konsentrasi CH4 di atmosfer dekat permukaan dan tidak dapat memenuhi persyaratan deteksi proses emisi dekat permukaan di bawah target pengurangan emisi CH4.

Sebagai perbandingan, spektrum inframerah gelombang pendek mengandung sinyal penyerapan CH4 dan sinyal refleksi permukaan dengan perbedaan karakteristik yang signifikan. Menurut analisis perbandingan sensitivitas konsentrasi kolom CH4 relatif terhadap profil CH4, pita inframerah gelombang pendek sangat sensitif terhadap perubahan CH4 atmosfer di dekat permukaan dan lebih cocok untuk memantau proses emisi CH4.

Status terkini peluncuran satelit pemantauan metana

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

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan perkembangan pesat teknologi deteksi CH4 berbasis satelit inframerah gelombang pendek, banyak satelit deteksi inframerah gelombang pendek telah diluncurkan baik di dalam maupun luar negeri, yang melakukan serangkaian studi deteksi CH4 dan aplikasi terkait. Hal ini secara efektif mendorong pengembangan algoritma inversi penginderaan jauh satelit CH4 dan algoritma inversi fluks, meletakkan dasar teknis untuk meningkatkan kemampuan eksplorasi ruang angkasa, menghasilkan produk data, dan menerapkannya secara langsung. Lebih lanjut, hal ini 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 satelit pemantauan metana

△Status terkini dan perencanaan satelit pemantauan gas rumah kaca di dalam dan luar negeri: Warna hijau menunjukkan pemantauan metana

Perolehan data deteksi CH4 yang akurat dari satelit 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 (SIR) memiliki keunggulan sensitif terhadap perubahan konsentrasi CH4 di dekat permukaan, tetapi spektrum serapannya mudah dipengaruhi oleh parameter atmosfer dan permukaan seperti gas pengganggu, suhu, awan, dan aerosol, sehingga menimbulkan kesalahan yang signifikan. Tujuan dari algoritma inversi presisi tinggi adalah untuk mengurangi pengaruh faktor-faktor pengganggu ini dan mengekstrak informasi konsentrasi gas target dari informasi spektral yang efektif. Secara internasional, berbagai metode inversi penginderaan jauh satelit untuk gas rumah kaca telah dikembangkan menggunakan 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 inversi fisika menyeluruh menggunakan model 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 menunjukkan akurasi inversi yang tinggi. Algoritma proksi biasanya menggunakan komponen atmosfer yang stabil seperti CO2 sebagai perwakilan untuk mengoreksi pengaruh awan dan aerosol pada jalur optik dalam pita deteksi CH4, sehingga mengekstrak informasi konsentrasi CH4 yang efektif. Algoritma WFM-DOAS, berdasarkan spektroskopi absorpsi diferensial klasik, menggunakan fungsi pembobotan dari jumlah total kolom gas target untuk menggantikan penampang absorpsi dalam penyesuaian spektrum absorpsi diferensial.

Pemantauan metana dan tren perkembangan di masa depan

△Emisi metana dari berbagai sumber di Tiongkok pada bulan yang berbeda

Berdasarkan sarana teknis yang ada pada misi satelit deteksi CH4, untuk memenuhi kebutuhan deteksi dan penelitian pada skala yang berbeda, perlu dibangun sistem konstelasi untuk melakukan deteksi kolaboratif menggunakan kombinasi metode aktif dan pasif, serta pendekatan orbit tinggi dan rendah. Deteksi CH4 global dengan resolusi spasial dan temporal tinggi di masa depan terutama akan dicapai melalui jaringan satelit. Dengan menerapkan hasil deteksi dari berbagai satelit secara komprehensif, dukungan ilmiah akan diberikan untuk mengevaluasi efektivitas langkah-langkah pengurangan emisi terkait netralitas karbon dan untuk rencana inventarisasi karbon global.

Ruang Angkasa Zhongke Xiguang:Pertama yang mengerahkan konstelasi satelit penginderaan jauh pemantauan karbon ganda komersial.

Berdasarkan latar belakang yang ada, setelah riset pasar dan pelacakan pengguna yang ekstensif, CAS Xiguang Aerospace telah memimpin di Tiongkok dengan meluncurkan rencana konstelasi satelit penginderaan jauh pemantauan karbon ganda komersial berdasarkan teknologi deteksi spektral ultra-halus. Mereka telah merancang satelit pemantauan metana komersial pertama di Tiongkok—XIGUANG-004—yang mampu memantau konsentrasi gas rumah kaca utama. Satelit ini merupakan satelit penginderaan jauh untuk memantau sumber dan penyerap karbon, dilengkapi dengan detektor konsentrasi metana, detektor fluoresensi klorofil, dan kamera pencitraan multispektral. Satelit ini memiliki beberapa mode operasi untuk memenuhi beragam kebutuhan pengguna yang menargetkan pemantauan karbon ganda melalui penginderaan jauh satelit.

Detektor konsentrasi metana mencapai resolusi spektral 0,1 nm dan memiliki fitur deteksi kuantitatif konsentrasi kolom metana serta kuantifikasi konsentrasi kolom metana di atas lokasi target. Detektor fluoresensi klorofil memiliki resolusi spektral hingga 0,5 nm, secara efektif mendeteksi perubahan halus dalam spektrum fluoresensi yang dihasilkan selama fotosintesis klorofil tanaman. Hal ini memungkinkan penilaian produktivitas tanaman total dan memberikan panduan untuk perdagangan karbon. Kamera pencitraan multispektral beroperasi dalam delapan pita cahaya tampak dengan resolusi permukaan tanah 10 m. Kamera ini memiliki apertur besar dan bobot ringan, terutama digunakan untuk memperoleh citra spektral dan spasial dari fitur permukaan tanah.

Satelit ini memiliki berat 60 kg dan dapat berperan positif dalam pemantauan penginderaan jauh karbon ganda serta menilai potensi netralitas karbon dari vegetasi alami dan fitur buatan. Satelit ini akan memungkinkan pengamatan emisi karbon dan penyerap karbon global dengan frekuensi tinggi, kuantitas tinggi, dan cakupan luas, serta memimpin pengembangan satelit karbon komersial di Tiongkok.

△Emisi metana global menurut sektor, 1970-2018

Dalam menghadapi situasi mendesak perubahan iklim global, pengurangan emisi CH4 merupakan cara yang diperlukan untuk mengendalikan pemanasan global dan mencapai netralitas karbon. Penginderaan jauh satelit dapat menyediakan data konsentrasi CH4 global dengan resolusi spasial dan temporal tinggi, yang secara signifikan meningkatkan kemampuan dukungan data untuk pemantauan dinamis spasial dan temporal CH4, perhitungan anggaran CH4, dan penilaian langkah-langkah pengurangan emisi, serta memberikan referensi untuk mengatasi perubahan iklim di masa depan.

Sebagian isi artikel ini bersumber dari:

Program IAP Ilmu Atmosfer

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

Yao Lu, Yang Dongxu, Cai Zhaonan, Zhu Sihong, Liu Yi, Deng Jianbo, Tian Longfei, Yin Zengshan, Lu Naimeng

Pengembalian Angkasa dan Penginderaan Jauh, Suara Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok

Jika terdapat pelanggaran hak cipta, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.