Борттағы CH4 анықтау деректерін және жоғары дәлдіктегі CH4 спутниктік қашықтан зондтау инверсия алгоритмін алу

Жер бетіне жақын CH4 концентрациясының кеңістіктік-уақыттық таралуы және өзгеруі туралы ақпарат алу үшін соңғы жылдары қысқа толқынды инфрақызыл CH4 ғарыштық анықтау технологиясы қарқынды дамыды. Бірнеше қысқа толқынды инфрақызыл анықтау спутниктері ел ішінде де, халықаралық деңгейде де ұшырылды, CH4 анықтау және онымен байланысты қолданбалы зерттеулер сериясын жүргізіп, ғарыштық CH4 анықтауға қол жеткізді. Осы кезеңде ұшырылған ғылыми эксперименттік спутниктер CH4 спутниктік қашықтықтан зондтау инверсия алгоритмдері мен ағын инверсия алгоритмдерін әзірлеуге ықпал етті, ғарышты анықтау мүмкіндіктерін жақсарту, деректер өнімдерін шығару және оларды тікелей қолдану үшін технологиялық негіз қалады. Сонымен қатар, олар анықтау деректерінің дәлдігі мен ағынды бағалау тұрғысынан жаһандық CH4 көзі-раба балансын бағалауда қысқа толқынды инфрақызыл анықтаудың қолдану әлеуетін көрсетті.

Ғарыштан CH4 анықтау деректерін алу

Спутниктен алынған CH4 анықтау деректерін дәл алу үшін жоғары дәлдіктегі CH4 спутниктік қашықтықтан зондтау инверсия алгоритмдерін қолдау қажет. Спутниктен анықталған CH4 деректер өнімдерінің сапасы әдетте анықтау құралдарын және инверсия параметрлерін таңдауға байланысты. Қысқа толқынды инфрақызыл анықтаудың бетке жақын CH4 концентрациясының өзгерістеріне сезімтал болу артықшылығы бар, бірақ қысқа толқынды инфрақызыл жұтылу спектрлеріне кедергі келтіретін газдар, температура, бұлттар және аэрозольдер сияқты атмосфералық және беттік параметрлер оңай әсер етеді, бұл айтарлықтай қателіктер тудырады. Жоғары дәлдіктегі инверсия алгоритмдерінің мақсаты - кедергі келтіретін факторлардың әсерін азайту және тиімді спектрлік ақпараттан нысаналы газдың концентрациясы туралы ақпаратты алу. Халықаралық деңгейде SCIAMACHY және GOSAT спутниктерінің спектрлік анықтау әдістерін қолдана отырып, парниктік газдарды спутниктік қашықтықтан зондтау инверсиясының әртүрлі әдістері жасалды. Олардың ішінде ең кең таралғандары - толық физикалық модельдік инверсия алгоритмі, прокси-инверсия әдісі және WFM-DOAS инверсия әдісі.

Прокси алгоритмі

Прокси алгоритмі әдетте CO2 сияқты тұрақты атмосфералық компоненттерді CH4 анықтау жолағындағы оптикалық жолға бұлттар мен аэрозольдердің әсерін түзету үшін өкіл ретінде пайдаланады, осылайша тиімді CH4 концентрациясы туралы ақпарат алады. Бұл мақсатты газ бен өкіл газ орналасқан жолақтардағы оптикалық жолға бұлттар мен аэрозольдердің әсері салыстырмалы болуын талап етеді. Сондықтан, әдетте, бұл тек 1,6 мкм CO2 және CH4 сіңіру жолақтарын бір уақытта қамтитын спутниктік анықтауға ғана қолданылады. Ұлыбританияның Лестер университеті әзірлеген UoL-Proxy алгоритмі арқылы алынған GOSAT деректер өнімі TCCON арқылы тексерілді, бір нүктелі анықтау дәлдігі 13,72 ppb және жаһандық жалпы ауытқу шамамен 9,06 ppb. Зерттеулер Прокси әдісін пайдаланып алынған XCH4 дәлдігіне өкіл газ XCO2 дәлдігі, оптикалық жол және жүйелі қателіктерді түзету айтарлықтай әсер ететінін көрсетеді, алу дәлдігі шамамен 0,6%-дан 2%-ға дейін.

WFM-DOAS алгоритмі

WFM-DOAS алгоритмі классикалық дифференциалды абсорбциялық спектроскопияға негізделген, дифференциалды абсорбциялық спектрге сәйкес келу үшін абсорбциялық көлденең қиманың орнына нысаналы газ бағанының жалпы мөлшерінің салмақтау функциясын пайдаланады. Бастапқыда SCIAMACHY анықтау спектроскопиясына негізделген WFM-DOAS алгоритмі әртүрлі газ бағанының концентрацияларын инверсиялауға мүмкіндік берді; қазір ол Тропомидегі XCH4 және XCO инверсиясына қолданылды, бұл толық физикалық алгоритмнің нәтижелерімен жоғары сәйкестіктегі деректер өнімдерін береді. Жерге негізделген валидация нәтижелері WFM-DOAS алгоритмі арқылы алынған XCH4 кездейсоқ қателігінің 14,0 ppb (0,8%), ал жүйелік қателіктің 4,3 ppb (0,2%) екенін көрсетеді. WFMDOAS инверсия алгоритмінің спектрлік ажыратымдылыққа қойылатын талаптары салыстырмалы түрде төмен, бірақ спектрлік калибрлеудің дәлдігіне және метеорологиялық өрістер (мысалы, температура мен ылғалдылық профильдері, қысым) сияқты қосалқы параметрлерге қойылатын талаптар жоғары және бұлттылыққа айтарлықтай әсер етеді.

Толық физикалық инверсия алгоритмі

Барлық физикалық инверсия алгоритмдері сигналдардың атмосфералық радиациялық тасымалдау процесін модельдеу үшін алға модельдеуді пайдаланады, радиациялық тасымалдау кезінде шашырауға байланысты оптикалық жол белгісіздігінен туындайтын қателерді айтарлықтай азайтады және әдетте жоғары инверсия дәлдігіне қол жеткізеді. Парниктік газдарды қашықтықтан зондтау бойынша халықаралық ірі спутниктік инверсия алгоритмдеріне GOSAT стандартты алгоритмі NIES-FP, NASA-ның OCO-2 стандартты алгоритмі ACOS, Лестер университетінің UoL-FP, TROPOMI стандартты алгоритмі RemoTeC және Қытай көміртегі спутнигінің стандартты алгоритмі IAPCAS жатады. Бұл алгоритмдерді спутниктік қысқа толқынды инфрақызыл спектрлерден жоғары дәлдіктегі атмосфералық XCH4 және XCO2 деректер өнімдерін алу үшін пайдалануға болады. Инверсия нәтижелерінің қателіктерін терең талдау және өнімнің дәлдігіне қойылатын талаптардың артуымен бұл алгоритмдер үнемі жаңартылып және оңтайландырылып отырады. Қазіргі уақытта TROPOMI және GOSAT көмегімен XCH4 инверсияларының дәлдігі айтарлықтай жақсарды. Жақсартылған RemoTeC алгоритмін пайдаланып алынған TROPOMI XCH4 инверсиясының дәлдігі −3,4 ± 5,6 ppb-ге жетті. Жоғары дәлдіктегі XCH4 деректер өнімдерін алу атмосфералық CH4 бюджетін бағалау үшін деректер негізін қалайды. IAPCAS алгоритмі Қытайдың TanSat спутнигінен алынған деректер қолданбалары үшін жасалған. Осы алгоритмді пайдаланып, TanSat зонд спектрінен 1,47 ppm жоғары дәлдіктегі XCO2 деректер өнімін алуға болады, сонымен қатар ол GOSAT спектрінен XCH4 және XCO2 деректерін алу мүмкіндігіне ие. Бұл алгоритмнің құрылуы және оны көп спутниктік инверсияда сәтті қолдану менің елімде кейінгі спутниктік миссиялардың тәжірибесі үшін алгоритмдік негіз қалады.

Ағынды бағалау әдістері

Әлемдік және аймақтық CH4 бюджеттерін бағалау CH4 көзі мен сіңіргішінің таралуын түсінуімізді жақсартуға көмектеседі және болашақ климаттың өзгеруін шешуге сілтеме жасай алады. Ағымдағы ағынды бағалау әдістері негізінен екі тәсілге бөлінеді: төменнен жоғары және жоғарыдан төмен. Шығарындыларды түгендеуге, станция бақылаған ағындарға немесе тор масштабындағы модельденген ағын деректеріне негізделген төменнен жоғары тәсіл кеңістіктік экстраполяцияны жүзеге асырады және көміртегі бюджетін бағалаудың дәстүрлі әдісі болып табылады. Дегенмен, деректердің уақтылы болмауына байланысты есептеу нәтижелері әдетте артта қалады және көздер мен сіңіргіштердегі динамикалық өзгерістерді уақтылы көрсете алмайды. Жоғарыдан төмен тәсіл негізінен атмосфералық компоненттердің концентрациясы туралы деректерге және бақылау арқылы алынған шығарындыларды түгендеу деректеріне сүйенеді, ағындарды бағалау үшін атмосфералық химиялық тасымалдау модельдері мен деректерді ассимиляциялау әдістерін пайдаланады. Қолданыстағы зерттеулер ағынды бағалау үшін спутниктік бақылау деректерін пайдалану тек жердегі бақылауларды пайдаланумен салыстырғанда белгісіздікті шамамен 85%-ға төмендетуі мүмкін екенін көрсетеді. Дегенмен, бұл әдіс бақылау деректерінің дәлдігіне қатаң талаптар қояды; тіпті 1% аймақтық немесе уақытша корреляцияланған жүйелік ауытқу ағын инверсиясы нәтижелерінің жарамдылығына әсер етуі мүмкін. Атмосфералық химиялық тасымалдау модельдері мен жоғары дәлдіктегі XCH4 спутниктік деректер өнімдеріне сүйене отырып, бірнеше топ CH4 ағынын бағалау бойынша зерттеулер жүргізді. Көптеген зерттеулер ағынды іздеуде спутниктік деректерді пайдалану әртүрлі аймақтардағы ағынды іздеудің белгісіздігін айтарлықтай төмендете алатынын, төменнен жоғары қарай CH4 шығарындыларын түгендеу және батпақты жерлер шығарындыларының модельдері үшін маңызды валидациялық деректерді беретінін көрсетті. Қазіргі уақытта GOSAT деректері жер бетіндегі CH4 ағынын бағалауда кеңінен қолданылады, бұл CH4 көзі мен сіңіргіш таралуын және жаһандық және аймақтық масштабтағы өзгерістерді талдауға көмектеседі. Ол әртүрлі секторлардың CH4 шығарындыларына қосқан үлесін бағалау және CH4 көзі мен сіңіргіш таралуындағы өзгерістерді және олардың климатқа әсерін тереңірек түсіну үшін сенімді дәлелдер береді. TROPOMI жоғары кеңістіктік-уақыттық ажыратымдылыққа ие және оның деректер көлемі мен дәлдігі GOSAT-тан әлдеқайда жоғары, бұл оған ұсақ масштабты ағынды бағалауда жетістікке жетуге мүмкіндік береді. Бұл зерттеу нәтижелері жаһандық метан бюджетін құру және CH4 көзі мен сіңіргіш өзгерістерін одан әрі түсіну үшін ғылыми деректерді қолдауды қамтамасыз етеді.

Жоғары кеңістіктік-уақыттық ажыратымдылықтағы спутниктік CH4 деректер өнімдері антропогендік CH4 шығарындылары процестерін тікелей көрсете алады. TROPOMI CH4 шығарындыларын бақылау және бағалау үшін үздіксіз кеңістіктік-уақыттық анықтаудағы артықшылығын көрсетті, ал оның жоғары дәлдіктегі анықтау мүмкіндіктері аймақтық аймақтық көзден CH4 шығарындыларын бақылау және сандық анықтау үшін де жағдай жасайды. Синхронды түрде анықталған атмосфералық CO концентрациясы деректерімен бірге жергілікті CH4 шығарындыларының тұрақтылығын атмосфералық тасымалдау модельдерінсіз тәуелсіз бағалауға болады. Жоғары кеңістіктік ажыратымдылықтағы коммерциялық спутниктердің GHGSat сериясы өнеркәсіптік өндірістен CH4 нүктелік көзінен шығарындыларды алуға арналған. Ұсақ масштабты CH4 шығарындыларын анықтау арқылы олар жергілікті шығарындыларды бақылау және шығаруды бағалауда кеңінен қолданылды.

Анықтамалық материал көзі:

Менің елімдегі көміртегі бейтараптығы мен көміртегі шыңына бағытталған атмосфералық метанды бақылау спутниктерінің ағымдағы жағдайы мен даму үрдістерін талдау