Метанды көзөмөлдөөчү спутниктер – парник газдарын көзөмөлдөөдөгү жаңы ысык чекит

Метанды көзөмөлдөөчү спутниктердин иштөө принциби - ар кандай толкун узундуктарындагы метандын спектрдик сиңирүүсүн талдоо аркылуу метандын жалпы көлөмүн баалоо. Алыстан зонддоо мониторингинин диапазону спутниктен жерге чейинки мамыча сымал мейкиндиктеги метандын көлөмүн камтыйт жана анын негизги максаты - жер бетине жакын атмосфералык CH4 концентрациясынын так, мейкиндик-убакыттык жактан үзгүлтүксүз маалыматтарын алуу.

Космостогу алгачкы CH4 аныктоодо негизинен жылуулук инфракызыл тилкеси колдонулган. Бирок, жылуулук инфракызыл тилкесиндеги жер үстүндөгү жана жер бетине жакын атмосферанын эмиссиялык нурлануусу окшош болгондуктан, экөөнү спектрден айырмалоо кыйын. Натыйжада, жылуулук инфракызыл тилкеси жер бетине жакын атмосферадагы CH4 концентрациясынын өзгөрүшүнө сезгич эмес жана CH4 эмиссиясын азайтуу максатынын алкагында жер бетине жакын эмиссия процесстеринин аныктоо талаптарына жооп бере албайт.

Салыштырмалуу, кыска толкундуу инфракызыл спектрде мүнөздөмөлөрүндө олуттуу айырмачылыктар бар CH4 жутуу сигналдары жана беттик чагылдыруу сигналдары бар. CH4 тилкесинин концентрациясынын CH4 профилине салыштырмалуу сезгичтигин салыштыруу анализине ылайык, кыска толкундуу инфракызыл тилке жер бетине жакын атмосферадагы CH4 өзгөрүүлөрүнө өтө сезгич жана CH4 эмиссия процесстерин көзөмөлдөө үчүн көбүрөөк ылайыктуу.

Метанды мониторингдөөчү спутниктин учурулушунун учурдагы абалы

△Аяктаган же дагы эле орбитада турган CH4 спутниктеринин иштешинин кыскача баяндамасы

Акыркы жылдары кыска толкундуу инфракызыл CH4 космосто аныктоо технологиясынын тез өнүгүшү менен, бир катар кыска толкундуу инфракызыл аныктоочу спутниктер өлкө ичинде да, эл аралык деңгээлде да учурулуп, CH4 аныктоо жана ага байланыштуу колдонмо изилдөөлөрүнүн сериясын жүргүзүштү. Бул CH4 спутниктик алыстан зонддоо инверсия алгоритмдерин жана агым инверсия алгоритмдерин иштеп чыгууга натыйжалуу көмөктөшүп, космосту изилдөө мүмкүнчүлүктөрүн жакшыртуу, маалымат продуктуларын өндүрүү жана аларды түздөн-түз колдонуу үчүн техникалык негиз түздү. Андан тышкары, ал кыска толкундуу инфракызыл аныктоонун глобалдык CH4 булагы-чөгүндү балансын аныктоо маалыматтарынын тактыгы жана агымын баалоо көз карашынан колдонуу мүмкүнчүлүгүн көрсөттү.

метан мониторингинин спутниктик маалыматтарын алуу

△Үйдөгү жана чет өлкөлөрдөгү парник газдарын көзөмөлдөөчү спутниктердин учурдагы абалы жана пландаштырылышы: Жашыл түс метанды көзөмөлдөөнү билдирет

Спутниктен алынган CH4 так аныктоо маалыматтарын алуу үчүн жогорку тактыктагы CH4 спутниктик аралыктан зонддоо инверсия алгоритмдерин колдоо талап кылынат. Спутниктен табылган CH4 маалымат продуктуларынын сапаты, адатта, аныктоо шаймандарын жана инверсия параметрлерин тандоого жараша болот.

Кыска толкундуу инфракызыл (SIR) детекторунун жер бетине жакын CH4 концентрациясынын өзгөрүүлөрүнө сезгичтиги артыкчылыкка ээ, бирок анын жутулуу спектрине атмосфералык жана жер бетиндеги параметрлер, мисалы, тоскоолдук кылган газдар, температура, булуттар жана аэрозолдор оңой таасир этет, бул олуттуу каталарды жаратат. Жогорку тактыктагы инверсия алгоритмдеринин максаты - бул тоскоолдук кылган факторлордун таасирин азайтуу жана максаттуу газдын концентрация маалыматын натыйжалуу спектрдик маалыматтан алуу. Эл аралык деңгээлде SCIAMACHY жана GOSAT спутниктерин колдонуу менен парник газдары үчүн ар кандай спутниктик аралыктан зонддоо инверсия ыкмалары түзүлгөн. Алардын ичинен эң кеңири колдонулгандары - толук физикалык моделдин инверсия алгоритми, прокси-инверсия ыкмасы жана WFM-DOAS инверсия ыкмасы.

Бардык физикалык инверсия алгоритмдери сигналдардын атмосфералык радиациялык өткөрүү процессин симуляциялоо үчүн алдыга багытталган моделдерди колдонот, радиациялык өткөрүү учурунда чачырап кетүүдөн улам оптикалык жолдун белгисиздигинен келип чыккан каталарды бир кыйла азайтат жана адатта жогорку инверсиялык тактыкты көрсөтөт. Прокси алгоритмдер, адатта, CH4 аныктоо тилкесиндеги оптикалык жолго булуттардын жана аэрозольдордун таасирин оңдоо үчүн CO2 сыяктуу туруктуу атмосфералык компоненттерди өкүл катары колдонушат, ошону менен натыйжалуу CH4 концентрациясынын маалыматын алышат. Классикалык дифференциалдык абсорбциялык спектроскопияга негизделген WFM-DOAS алгоритми дифференциалдык абсорбциялык спектрди орнотууда абсорбциялык кесилишти алмаштыруу үчүн максаттуу газ мамычасынын жалпы көлөмүнүн салмактоо функциясын колдонот.

Келечектеги өнүгүү тенденцияларын метан менен көзөмөлдөө

△Кытайдагы ар кайсы айларда ар кандай булактардан чыккан метан эмиссиясы

CH4 аныктоочу спутниктик миссиялардын учурдагы техникалык каражаттарына таянып, ар кандай масштабдагы аныктоо жана изилдөө муктаждыктарын канааттандыруу үчүн, активдүү жана пассивдүү ыкмалардын, ошондой эле жогорку жана төмөнкү орбиталык ыкмалардын айкалышын колдонуп, биргелешип аныктоону жүргүзүү үчүн топ жылдыз системасын куруу зарыл. Келечекте жогорку мейкиндик-убакыт чечилишиндеги глобалдык CH4 аныктоо негизинен спутниктик тармак аркылуу ишке ашырылат. Бир нече спутниктерден алынган аныктоо жыйынтыктарын комплекстүү колдонуу менен, көмүртектин нейтралитетине байланыштуу эмиссияны азайтуу чараларынын натыйжалуулугун баалоо жана глобалдык көмүртекти инвентаризациялоо пландары үчүн илимий колдоо көрсөтүлөт.

Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics CAS Aerospace Science and Technology Group Co.,LTD：Коммерциялык кош көмүртектүү мониторинг жүргүзүүчү алыстан зонддоочу спутниктер топтомун жайгаштырган биринчи адам

Учурдагы тажрыйбага таянып, кеңири рыноктук изилдөөдөн жана колдонуучуларды көзөмөлдөөдөн кийин, CAS Xiguang Aerospace компаниясы Кытайда өтө майда спектрдик аныктоо технологиясына негизделген коммерциялык кош көмүртектүү мониторинг алыстан зонддоо спутниктик топ жылдызынын планын ишке киргизүү менен алдыңкы орунга чыкты. Алар Кытайдын биринчи коммерциялык метан мониторинг спутнигин - XIGUANG-004 - иштеп чыгышты, ал негизги парник газдарынын концентрациясын көзөмөлдөөгө жөндөмдүү. Бул спутник көмүртек булактарын жана жутулуучу жерлерди көзөмөлдөө үчүн алыстан зонддоо спутниги болуп саналат, ал метан концентрациясын аныктоочу, хлорофилл флуоресценциясын аныктоочу жана көп спектрдик сүрөт тартуу камерасы менен жабдылган. Ал спутниктик алыстан зонддоо аркылуу кош көмүртектүү мониторингди максат кылган колдонуучулардын ар кандай муктаждыктарын канааттандыруу үчүн бир нече иштөө режимдерине ээ.

Метан концентрациясын аныктоочу аппарат 0,1 нм спектрдик чечилишке жетет жана метан мамычасынын концентрациясын сандык аныктоону жана максаттуу жердин үстүндөгү метан мамычасынын концентрациясын сандык жактан аныктоону камсыз кылат. Хлорофилл флуоресценциясын аныктоочу аппарат 0,5 нмге чейинки спектрдик чечилишке ээ, ал өсүмдүк хлорофиллинин фотосинтези учурунда пайда болгон флуоресценция спектриндеги тымызын өзгөрүүлөрдү натыйжалуу аныктайт. Бул өсүмдүктөрдүн жалпы өндүрүмдүүлүгүн баалоого мүмкүндүк берет жана көмүртек менен соода жүргүзүү үчүн көрсөтмө берет. Мультиспектрдик сүрөткө тартуу камерасы сегиз көрүнүүчү жарык тилкесинде иштейт, жердеги чечилиши 10 м. Ал чоң диафрагмага жана жеңил салмакка ээ, негизинен жердеги объектилердин спектрдик жана мейкиндик сүрөттөрүн алуу үчүн колдонулат.

Спутниктин салмагы 60 кг жана ал кош көмүртектүү алыстан зонддоону мониторингдөөдө жана табигый өсүмдүктөрдүн жана жасалма өзгөчөлүктөрдүн көмүртектин нейтралдуулук потенциалын баалоодо оң ролду ойной алат. Ал глобалдык көмүртектин чыгарылышын жана көмүртектин сиңүүсүн жогорку жыштыктагы, көп сандагы жана кеңири камтуу менен байкоого мүмкүндүк берет жана Кытайда коммерциялык көмүртек спутниктерин иштеп чыгууда алдыңкы орунду ээлейт.

△Секторлор боюнча дүйнөлүк метан эмиссиясы, 1970-2018

Дүйнөлүк климаттын өзгөрүшүнүн шашылыш кырдаалында, CH4 эмиссиясын азайтуу глобалдык жылуулукту көзөмөлдөө жана көмүртектин нейтралитетине жетүү үчүн зарыл каражат болуп саналат. Спутниктик аралыктан зонддоо CH4 мейкиндик-убакыттык концентрациясынын жогорку чечилишиндеги глобалдык маалыматтарын бере алат, CH4 мейкиндик-убакыттык динамикалык мониторинги, CH4 бюджетин эсепке алуу жана эмиссияны азайтуу чараларын баалоо үчүн маалыматтарды колдоо мүмкүнчүлүктөрүн бир топ жогорулатат жана келечектеги климаттын өзгөрүшүн чечүү үчүн маалымдама берет.

Бул макаладагы айрым мазмундар төмөнкү булактардан алынган:

Атмосфералык илимдер IAP

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

Яо Лу, Ян Дунгсу, Цай Чжаонан, Чжу Сихон, Лю И, Дэн Цзянбо, Тянь Лонфэй, Ин Цзэншан, Лу Наймен

Космоско кайтуу жана алыстан зонддоо, Кытай Илимдер академиясынын үнү

Эгерде кандайдыр бир автордук укук бузулган болсо, аны жок кылуу үчүн биз менен байланышыңыз.