Борттогу CH4 аныктоо маалыматтарын жана жогорку тактыктагы CH4 спутниктик аралыктан зонддоо инверсия алгоритмин алуу

Жер бетине жакын CH4 концентрациясынын мейкиндик-убакыттык таралышы жана өзгөрүшү жөнүндө маалымат алуу үчүн акыркы жылдары кыска толкундуу инфракызыл CH4 космосто аныктоо технологиясы тездик менен өнүктү. Бир нече кыска толкундуу инфракызыл аныктоочу спутниктер өлкө ичинде да, эл аралык деңгээлде да учурулуп, CH4 аныктоо жана ага байланыштуу бир катар колдонмолорду изилдөө иштерин жүргүзүп, космосто CH4 аныктоого жетишти. Бул мезгилде учурулган илимий эксперименталдык спутниктер CH4 спутниктик аралыктан зонддоо инверсия алгоритмдерин жана агым инверсия алгоритмдерин иштеп чыгууга өбөлгө түзүп, космостук аныктоо мүмкүнчүлүктөрүн жакшыртуу, маалымат продуктуларын өндүрүү жана аларды түздөн-түз колдонуу үчүн технологиялык негиз түздү. Андан тышкары, алар глобалдык CH4 булагы-чөгүндү балансын аныктоо маалыматтарынын тактыгы жана агымын баалоо көз карашынан кыска толкундуу инфракызыл аныктоонун колдонуу потенциалын көрсөтүштү.

Космосто CH4 аныктоо маалыматтарын алуу

Спутниктен алынган CH4 аныктоо маалыматтарын так алуу үчүн жогорку тактыктагы CH4 спутниктик аралыктан зонддоо инверсия алгоритмдерин колдоо талап кылынат. Спутниктен табылган CH4 маалымат продуктуларынын сапаты, адатта, аныктоочу шаймандарды жана инверсия параметрлерин тандоого жараша болот. Кыска толкундуу инфракызыл детектордун артыкчылыгы - бетке жакын CH4 концентрациясынын өзгөрүүлөрүнө сезгич болуу, бирок кыска толкундуу инфракызыл сиңирүү спектрлери атмосфералык жана жер үстүндөгү параметрлерге, мисалы, тоскоолдук кылган газдарга, температурага, булуттарга жана аэрозолдорго оңой таасир этип, олуттуу каталарды жаратат. Жогорку тактыктагы инверсия алгоритмдеринин максаты - тоскоолдук кылган факторлордун таасирин азайтуу жана эффективдүү спектрдик маалыматтан максаттуу газдын концентрация маалыматын алуу. Эл аралык деңгээлде SCIAMACHY жана GOSAT спутниктеринин спектрдик аныктоо ыкмаларын колдонуу менен ар кандай парник газдарынын спутниктик аралыктан зонддоо инверсия ыкмалары түзүлгөн. Алардын арасында эң кеңири колдонулгандары - толук физикалык моделдин инверсия алгоритми, прокси-инверсия ыкмасы жана WFM-DOAS инверсия ыкмасы.

Прокси алгоритми

Прокси алгоритми, адатта, CH4 аныктоо тилкесиндеги оптикалык жолго булуттардын жана аэрозольдордун таасирин оңдоо үчүн CO2 сыяктуу туруктуу атмосфералык компоненттерди колдонот, ошону менен натыйжалуу CH4 концентрациясынын маалыматын алат. Бул максаттуу газ жана өкүлдүк газ жайгашкан тилкелердеги оптикалык жолго булуттардын жана аэрозольдордун таасири салыштырмалуу болушун талап кылат. Ошондуктан, ал, адатта, бир эле учурда 1,6 мкм CO2 жана CH4 сиңирүү тилкелерин камтыган спутниктик аныктоого гана тиешелүү. Улуу Британиянын Лестер университети тарабынан иштелип чыккан UoL-Proxy алгоритми тарабынан алынган GOSAT маалымат продуктусу TCCON тарабынан текшерилген, бир чекиттүү аныктоо тактыгы 13,72 ppb жана глобалдык жалпы ката болжол менен 9,06 ppb. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, Прокси ыкмасын колдонуу менен алынган XCH4 тактыгына өкүлдүк газ XCO2 тактыгы, оптикалык жол жана системалуу ката оңдоолору олуттуу таасир этет, ал эми издөө тактыгы болжол менен 0,6% дан 2% га чейин.

WFM-DOAS алгоритми

WFM-DOAS алгоритми классикалык дифференциалдык абсорбциялык спектроскопияга негизделген, дифференциалдык абсорбциялык спектрге туура келүү үчүн абсорбциялык кесилиштин ордуна максаттуу газ мамычасынын жалпы көлөмүнүн салмактоо функциясын колдонот. Башында SCIAMACHY'нин аныктоо спектроскопиясына негизделген WFM-DOAS алгоритми ар кандай газ мамычаларынын концентрацияларын инверсиялоого мүмкүндүк берген; азыр ал Тропомидеги XCH4 жана XCO инверсиясына колдонулуп, толугу менен физикалык алгоритмдин жыйынтыктары менен жогорку ырааттуулуктагы маалымат продуктуларын берет. Жерге негизделген валидациянын жыйынтыктары WFM-DOAS алгоритми тарабынан алынган XCH4 кокустук катасы 14,0 ppb (0,8%), ал эми системалуу катасы 4,3 ppb (0,2%) экенин көрсөтүп турат. WFMDOAS инверсия алгоритминин спектрдик чечилишине салыштырмалуу төмөн талаптары бар, бирок спектрдик калибрлөөнүн тактыгына жана метеорологиялык талаалар (мисалы, температура жана нымдуулук профилдери, басым) сыяктуу жардамчы параметрлерге жогорку талаптар коюлат жана булут каптоосу олуттуу таасир этет.

Толук физикалык инверсия алгоритми

Бардык физикалык инверсия алгоритмдери сигналдардын атмосфералык радиациялык берүү процессин симуляциялоо үчүн алдыга моделдөөнү колдонот, радиациялык берүү учурунда чачырап кетүүдөн улам оптикалык жолдун белгисиздигинен келип чыккан каталарды бир кыйла азайтат жана адатта жогорку инверсия тактыгына жетишет. Негизги эл аралык парник газдарынын спутниктик аралыктан зонддоо инверсия алгоритмдерине GOSAT стандарттык алгоритми NIES-FP, NASAнын OCO-2 стандарттык алгоритми ACOS, Лестер университетинин UoL-FP, TROPOMI стандарттык алгоритми RemoTeC жана Кытайдын көмүртек спутниктик стандарттык алгоритми IAPCAS кирет. Бул алгоритмдерди спутниктик кыска толкундуу инфракызыл спектрлерден жогорку тактыктагы атмосфералык XCH4 жана XCO2 маалымат продуктуларын алуу үчүн колдонсо болот. Инверсия натыйжаларынын каталарын терең талдоо жана продуктунун тактыгына болгон талаптардын жогорулашы менен бул алгоритмдер тынымсыз жаңыртылып жана оптималдаштырылып турат. Учурда TROPOMI жана GOSAT колдонуу менен XCH4 инверсияларынын тактыгы бир топ жакшырды. Жакшыртылган RemoTeC алгоритмин колдонуу менен алынган TROPOMI XCH4 инверсиясынын тактыгы −3,4 ± 5,6 ppbге жетти. Жогорку тактыктагы XCH4 маалымат продуктуларын алуу атмосфералык CH4 бюджетин баалоо үчүн маалымат пайдубалын түзөт. IAPCAS алгоритми Кытайдын TanSat спутнигинен алынган маалымат колдонмолору үчүн иштелип чыккан. Бул алгоритмди колдонуу менен TanSat зонд спектринен 1,47 ppm жогорку тактыктагы XCO2 маалымат продуктусун алууга болот жана ал ошондой эле GOSAT спектринен XCH4 жана XCO2 маалыматтарын алуу мүмкүнчүлүгүнө ээ. Бул алгоритмдин түзүлүшү жана аны көп спутниктик инверсияда ийгиликтүү колдонуу менин өлкөмдө кийинки спутниктик миссияларды практикалоо үчүн алгоритмдик пайдубал түптөдү.

Агымды баалоо ыкмалары

Глобалдык жана аймактык CH4 бюджеттерин баалоо CH4 булагы-жуучу жайлардын бөлүштүрүлүшүн түшүнүүбүздү жакшыртууга жардам берет жана келечектеги климаттын өзгөрүшүн чечүү үчүн шилтеме берет. Учурдагы агымдарды баалоо ыкмалары негизинен эки ыкмага бөлүнөт: ылдыйдан өйдө жана жогорудан ылдый. Чыгаруулардын инвентаризациясына, станция тарабынан байкалган агымдарга же торчо масштабындагы симуляцияланган агым маалыматтарына негизделген ылдыйдан өйдө мамиле мейкиндик экстраполяциясын жүргүзөт жана көмүртектин бюджетин баалоо салттуу ыкмасы болуп саналат. Бирок, маалыматтардын өз убагында эместигинен улам, эсептөө жыйынтыктары адатта артта калат жана булактардагы жана жуучу жайлардагы динамикалык өзгөрүүлөрдү өз убагында чагылдыра албайт. Жогорудан ылдый мамиле негизинен атмосфералык компоненттердин концентрациясынын маалыматтарына жана байкоо жүргүзүү аркылуу алынган эмиссиянын инвентаризациясынын маалыматтарына таянат, агымдарды баалоо үчүн атмосфералык химиялык ташуу моделдерин жана маалыматтарды ассимиляциялоо ыкмаларын колдонот. Учурдагы изилдөөлөр көрсөткөндөй, агымдарды баалоо үчүн спутниктик байкоо маалыматтарын колдонуу жердеги байкоолорду гана колдонууга салыштырмалуу белгисиздикти болжол менен 85% га азайта алат. Бирок, бул ыкма байкоо маалыматтарынын тактыгына катуу талаптарды коет; ал тургай 1% аймактык же убакыт боюнча корреляцияланган системалуу бир жактуулук агымдын инверсиясынын жыйынтыктарынын жарактуулугуна таасир этиши мүмкүн. Атмосфералык химиялык ташуу моделдерине жана жогорку тактыктагы спутниктик XCH4 маалымат продуктуларына таянып, бир нече топтор CH4 агымын баалоо боюнча изилдөө жүргүзүштү. Көптөгөн изилдөөлөр спутниктик маалыматтарды агымдарды издөөдө колдонуу ар кандай аймактарда агымдарды издөөнүн белгисиздигин бир топ азайта аларын, CH4 эмиссиясынын төмөндөн жогору карай инвентаризациясы жана саздак жерлердин эмиссиясынын моделдери үчүн маанилүү валидациялык маалыматтарды берерин көрсөттү. Учурда GOSAT маалыматтары жер үстүндөгү CH4 агымын баалоодо кеңири колдонулат, бул CH4 булагынын жана жутуунун бөлүштүрүлүшүн жана глобалдык жана аймактык масштабдагы өзгөрүүлөрдү талдоого жардам берет. Ал ар кандай тармактардын CH4 эмиссиясына кошкон салымын баалоо жана CH4 булагынын жана жутуунун бөлүштүрүлүшүндөгү өзгөрүүлөрдү жана алардын климатка тийгизген таасирин тереңирээк түшүнүү үчүн ишенимдүү далилдерди берет. TROPOMI жогорку мейкиндик-убакыттык чечилишке ээ жана анын маалыматтардын көлөмү жана тактыгы GOSATка караганда алда канча жогору, бул ага майда масштабдагы агымдарды баалоодо мыкты болууга мүмкүндүк берет. Бул изилдөөнүн жыйынтыктары глобалдык метанды бюджеттөө жана CH4 булагынын жана жутуунун өзгөрүүлөрүн андан ары түшүнүү үчүн илимий маалыматтарды колдойт.

Жогорку мейкиндик-убакыттык чечилиштеги спутниктен алынган CH4 маалымат продуктулары антропогендик CH4 эмиссия процесстерин түздөн-түз чагылдыра алат. TROPOMI CH4 эмиссиясын мониторингдөө жана баалоо үчүн үзгүлтүксүз мейкиндик-убакыттык аныктоодо өзүнүн артыкчылыгын көрсөттү жана анын жогорку тактыктагы аныктоо мүмкүнчүлүктөрү аймактык аймактык булактан CH4 эмиссияларын мониторингдөө жана сандык жактан аныктоо үчүн шарттарды түзөт. Синхрондуу түрдө аныкталган атмосфералык CO2 концентрациясынын маалыматтары менен айкалышып, жергиликтүү CH4 эмиссияларынын туруктуулугун атмосфералык транспорт моделдерисиз көз карандысыз баалоого болот. Жогорку мейкиндик чечилиштеги коммерциялык спутниктердин GHGSat сериясы өнөр жай өндүрүшүнөн CH4 чекиттик булак эмиссияларын алуу үчүн иштелип чыккан. Майда масштабдуу CH4 эмиссиясынын түтүндөрүн аныктоо менен, алар жергиликтүү эмиссияны мониторингдөөдө жана эмиссияны баалоодо кеңири колдонулуп келет.

Шилтеме материалынын булагы:

Менин өлкөмдөгү көмүртектин нейтралитетине жана көмүртектин чокусуна багытталган атмосфералык метанды байкоо спутниктеринин учурдагы абалын жана өнүгүү тенденцияларын талдоо