Әлемдік метан мониторингі спутниктерін әзірлеу және қолдану жағдайлары

Метанды бақылау технологиялары, әдетте, оптикалық, химиялық және акустикалық принциптерге негізделіп жасалған, оған негізінен гиперспектрлік инфрақызыл бейнелеу спектрометрлері, жылу бейнелеу құрылғылары, фотоионизация детекторлары және ультрадыбыстық детекторлар кіреді. Бұл құрылғыларды онлайн бақылау үшін өндірістік және көлік нысандарына тікелей орнатуға немесе белгілі бір аумақта сынама алу және талдау үшін көлік құралдары, төмен биіктіктегі ұшақтар немесе дрондар сияқты жылжымалы көліктерге орнатуға болады. Дегенмен, дәстүрлі бақылау технологиялары жұмыс күші, құны, уақыты және кеңістігі сияқты факторлармен шектеледі, бұл үлкен аумақтарда үздіксіз және бақыланатын метан шығарындылары туралы деректерді алуды мүмкін емес етеді және метанның ағуын анықтау мүмкіндігінің жоқтығын білдіреді. Спутниктік қашықтықтан зондтау технологиясының, әсіресе гиперспектрлік бейнелеу технологиясының дамуымен дамыған елдер метанды бақылауда осы технологияны зерттеу мен қолдануды жеделдетуде, жаһандық метанды бақылау жүйесін құруды мақсат етуде.

△Орбитада аяқталған немесе әлі де жүрген CH4 жер серіктерінің жұмысының қысқаша мазмұны

Әлемдік метан мониторингі спутниктерін әзірлеу

Әлемдік климаттың өзгеруі бойынша зерттеулердің тереңдеуімен және ғарыштық парниктік газдарды анықтау технологияларының жетілуімен CH4 анықтау спутниктерінің саны 2017 жылдан бастап тез өсе бастады. Қысқа толқынды инфрақызыл диапазонға негізделген бірнеше CH4 анықтау спутниктерінің ұшырылуы жаһандық CH4 анықтау және қолдану зерттеулерінің жылдам дамуына ықпал етті. Париж келісіміне қол қойылғаннан кейін метан спутниктерін бақылау саласы қарқынды даму кезеңіне аяқ басты. Еуропалық ғарыш агенттігі, Жапония аэроғарыштық зерттеу агенттігі және Италия ғарыш агенттігі сияқты ресми ғарыш агенттіктері метан шығарындыларын жаһандық деңгейде бақылау үшін өздерінің әзірлеген Tropomi, FTS-2 және PRISMA спектрометрлерін тасымалдайтын Sentinel-5P, GOSAT-2 және VEGA спутниктерін ұшырды. Өнімділік көрсеткіштері тұрғысынан бұл үш агенттік метан шығарындыларын бақылау шектерінде айтарлықтай жетістіктерге жетті, ал итальяндық PRISMA спектрометрі де кеңістіктік ажыратымдылықта айтарлықтай жақсаруға қол жеткізді, жер үсті бақылау дәлдігі 30 метрлік деңгейге жетті.

△Метанды бақылаудың негізгі жаһандық спутниктерінің өнімділігінің салыстырмалы кестесі

Менің елімнің метан мониторингі спутнигінің жұмысының барысы

Қытай сонымен қатар атмосфералық CH4 анықтау үшін бірқатар спутниктерді ұшырды. Gaofen-5 (GF-5) спутнигіндегі парниктік газдарды бақылау құралы (GMI) жақын инфрақызылдан қысқа толқынды инфрақызылға дейінгі диапазондағы (759–2058 нм) спектрлік сигналдарды алу үшін кеңістіктік гетеродиндік спектроскопияны (SHS) пайдаланады, бұл сигнал-шу қатынасының жоғары болуымен және айнасыз жұмысымен ерекшеленеді. GMI спектрлік диапазоны SCIAMACHY-ге ұқсас, ал оның спектрлік ажыратымдылығы TANSO-FTS-пен бірдей, бұл оған CH4 және CO2 сияқты парниктік газдардың концентрациясы туралы ақпаратты алуға мүмкіндік береді, бұл парниктік газдардың көзі мен сіңіргішін талдау үшін деректерді қолдауды қамтамасыз етеді. Fengyun-3D спутнигіндегі гиперспектрлік парниктік газдар мониторы (GAS) жақын инфрақызылдан қысқа толқынды инфрақызылға дейінгі диапазондағы төрт жолақты терезеде жоғары ажыратымдылықтағы спектрлерді алу үшін интерферометриялық спектроскопияны пайдаланады, бұл CH4 және CO2 сияқты атмосфералық компоненттердің концентрациясы туралы ақпаратты алу үшін қолданылады, бұл аймақтық масштабтағы жер бетіндегі парниктік газдар ағындарының сандық бағалауын жақсартады.

△GHGSat спутниктік қашықтықтан зондтау мұнай және газ нысандарынан шығатын метан шығарындыларын бақылайды.

Коммерциялық метанды бақылау спутниктері жетістіктерге жетуді жалғастыруда.

Коммерциялық спутниктер, ең алдымен, жергілікті мұнай-газ өнеркәсіптік шығарындылары аймақтарын нысанаға алып, жоғары кеңістіктік ажыратымдылықтағы кескін деректерін алу арқылы шығарындыларды бағалайды. Коммерциялық спутниктерді әзірлеу сонымен қатар жергілікті CH4 шығарындыларын бақылау үшін тамаша жағдайлар жасады, бұл жаһандық ғарыштық CH4 анықтау мүмкіндіктерін толықтырады. 2016 жылдан 2021 жылға дейін канадалық парниктік газ спутниктік компаниясы GHGSat-D, GHGSat-C1 және GHGSat-C2 спутниктерін ұшырды және олардың желісін аяқтады, метан шығарындыларын бақылау шегін және кеңістіктік ажыратымдылықты сәйкесінше 100 кг/сағ және 25 метрге дейін көтерді, бұл жер үсті мұнай-газ өндіру қондырғылары мен табиғи газ құбырлары сияқты метан шығарындылары көздерін дәл бақылауға мүмкіндік береді.

Метан мониторингі спутниктерін қолдану жағдайлары

Әлемдік және аймақтық CH4 бюджеттерін бағалау CH4 көзі-жинағышының таралуын түсінуімізді жақсартуға көмектеседі және болашақ климаттың өзгеруін шешу үшін анықтама бере алады. Қазіргі уақытта GOSAT деректері жер бетіндегі CH4 ағындарын бағалауда кеңінен қолданылады, бұл CH4 көзі-жинағышының таралуын және жаһандық және аймақтық ауқымдардағы өзгерістерді талдауға көмектеседі. Бұл әртүрлі секторлардың CH4 шығарындыларына қосқан үлесін бағалау және CH4 көзі-жинағышының таралуындағы өзгерістерді және олардың климатқа әсерін тереңірек түсіну үшін сенімді дәлелдер береді. GOSAT-қа қарағанда жоғары кеңістіктік-уақыттық ажыратымдылығымен және айтарлықтай үлкен және дәл деректер көлемімен TROPOMI ұсақ ауқымды ағынды бағалауда ерекше. Бұл зерттеулер жаһандық метан бюджетін құру және CH4 көзі-жинағышының өзгерістерін одан әрі түсіну үшін ғылыми деректерді қолдайды.

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.

△CH4 бағанының концентрациясының (XCH4) жаһандық таралу нәтижелері

Метан мониторингі спутниктерін қолдану жағдайлары

Антропогендік CH4 шығарындылары жаһандық жылынудың айтарлықтай өсуіне ықпал ететін негізгі фактор болып табылады, ал аймақтық CH4 дәл анықтау антропогендік шығарынды процестерін бақылау және басқару үшін үлкен бағыт берушілік маңызға ие. Қытай Ғылым академиясының Хэфэй физика ғылымдары институттары Gaofen-5 спутнигі GMI көмегімен 1,65 мкм арнада CH4 жұтылу спектрі туралы ақпарат алды және ұқсас халықаралық құралдардың нәтижелеріне жақын CH4 бағанының концентрациясының (XCH4) жаһандық таралу нәтижелерін алды.

Экология және қоршаған ортаны қорғау министрлігінің спутниктік қоршаған ортаны қолдану орталығы 2022 жылдың күзінде (1 шілдеден 30 қыркүйекке дейін) гиперспектрлік интеграцияланған бақылау спутнигін пайдаланып, жаһандық атмосфералық CH4 мониторингін жүргізді. Мониторинг нәтижелері ендік бойынша таралу сипаттамаларын анық көрсетті, ал CH4 инверсиясының дәлдігі TCCON станциясының өлшеу деректерімен салыстырғанда 20 ppm-ден жоғары болды. 2022 жылдың қыркүйегінде Nord Stream табиғи газ құбырынан ағып кету халықаралық деңгейде кеңінен назар аударды. Оқиғаның дамуын бақылау үшін Экология және қоршаған ортаны қорғау министрлігінің спутниктік қоршаған ортаны қолдану орталығы 30 қыркүйекте Nord Stream табиғи газ құбыры бойында төтенше жағдайды бақылау үшін спутникті пайдаланды. Ухань университетімен, Нанкин университетімен және басқа да мекемелермен бірлесіп, ол CH4 шығарындыларының ауытқуларын қашықтықтан зондтау және сандық бағалау жұмыстарын жүргізді, Данияның Борнхольм аралының шығысындағы Nord Stream 2 құбырында шамамен 70 т/сағ шығарындымен салыстырмалы түрде айқын CH4 шығарындыларының ауытқуын анықтады.

△ Гиперспектрлік интеграцияланған бақылау спутнигіне негізделген Nord Stream табиғи газ құбыры бойындағы CH4 шығарындыларының ауытқуларын бақылау

Жылдар бойы құрылыс пен дамудан кейін менің елімнің парниктік газдарды бақылау жүйесі ғарыш-ауа-жер көп көзді деректерді біріктірілген қолдаудың перспективасын көрсетті. Бұл менің елімнің ауа ластануының алдын алу және бақылау, сондай-ақ ауа сапасын болжау үшін деректер мен техникалық қолдауды қамтамасыз етіп қана қоймай, сонымен қатар жаһандық көп спутникті парниктік газдарды бақылау платформасын құруға да үлес қосады. 14-ші бесжылдық кезеңінде менің елім жаңа спутниктерді зерттеу және әзірлеу және қолданбалы жүйелерді құру саласындағы күш-жігерін арттыруды жалғастырады, негізгі жаһандық парниктік газдар мен ауа ластаушы заттарын қашықтықтан зондтау мониторингі мүмкіндіктерін одан әрі жақсартады және ұлттық «қос көміртекті» стратегиялық мақсаттарға жету және жаһандық климаттың өзгеруі мәселесін шешу үшін қашықтықтан зондтау мониторингі деректерін қолдауды қамтамасыз етеді.

Кейбір анықтамалық материалдар мыналардан алынған:

Менің елімнің парниктік газдарды бақылау спутниктерін құру және типтік деректерді қолдану

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