Kes Pembangunan dan Aplikasi Satelit Pemantauan Metana Global

Teknologi pemantauan metana secara amnya direka bentuk berdasarkan prinsip optik, kimia dan akustik, terutamanya termasuk spektrometer pengimejan inframerah hiperspektral, pengimej terma, pengesan fotoionisasi dan pengesan ultrasonik. Peranti ini boleh dipasang terus pada kemudahan pengeluaran dan pengangkutan untuk pemantauan dalam talian, atau dipasang pada kenderaan mudah alih seperti kenderaan, pesawat altitud rendah atau dron untuk pensampelan dan analisis di kawasan tertentu. Walau bagaimanapun, teknologi pemantauan tradisional dihadkan oleh faktor seperti tenaga kerja, kos, masa dan ruang, menjadikannya mustahil untuk mendapatkan data pelepasan metana yang berterusan dan boleh dikesan di kawasan yang luas, dan kekurangan keupayaan untuk mengesan kebocoran metana berskala besar. Dengan kemajuan dalam teknologi penderiaan jauh satelit, terutamanya teknologi pengimejan hiperspektral, negara maju sedang mempercepatkan penyelidikan dan aplikasi teknologi ini dalam pemantauan metana, bertujuan untuk membina sistem pemantauan metana global.

△Ringkasan prestasi satelit CH4 yang telah selesai atau masih berada di orbit

Pembangunan satelit pemantauan metana global

Dengan pendalaman penyelidikan mengenai perubahan iklim global dan kematangan teknologi pengesanan gas rumah hijau bawaan angkasa, bilangan satelit pengesanan CH4 mula meningkat dengan pesat sejak tahun 2017. Pelancaran pelbagai satelit pengesanan CH4 berdasarkan jalur inframerah gelombang pendek telah menggalakkan perkembangan pesat penyelidikan pengesanan dan aplikasi CH4 global. Selepas pemeteraian Perjanjian Paris, bidang pemantauan satelit metana memasuki tempoh perkembangan pesat. Agensi angkasa rasmi seperti Agensi Angkasa Eropah, Agensi Penerokaan Aeroangkasa Jepun dan Agensi Angkasa Itali masing-masing melancarkan satelit Sentinel-5P, GOSAT-2 dan VEGA, yang membawa spektrometer Tropomi, FTS-2 dan PRISMA yang dibangunkan untuk memantau pelepasan metana di seluruh dunia. Dari segi petunjuk prestasi, ketiga-tiga agensi ini telah mencapai kemajuan yang ketara dalam ambang pemantauan pelepasan metana, manakala spektrometer PRISMA Itali juga telah mencapai peningkatan yang ketara dalam resolusi ruang, dengan ketepatan pemantauan darat mencapai tahap 30 meter.

△Carta perbandingan prestasi satelit pemantauan metana utama global

Kemajuan satelit pemantauan metana negara saya

China juga telah melancarkan satu siri satelit untuk mengesan CH4 atmosfera. Instrumen Pemantauan Gas Rumah Hijau (GMI) di atas satelit Gaofen-5 (GF-5) menggunakan spektroskopi heterodina spatial (SHS) untuk memperoleh isyarat spektrum dalam jalur inframerah dekat-inframerah hingga gelombang pendek (759–2058 nm), yang menampilkan nisbah isyarat-ke-hingar yang tinggi dan operasi tanpa cermin. Julat spektrum GMI adalah serupa dengan SCIAMACHY, dan resolusi spektrumnya adalah sama dengan TANSO-FTS, membolehkannya memperoleh maklumat kepekatan gas rumah hijau seperti CH4 dan CO2, menyediakan sokongan data untuk analisis sumber-sinki gas rumah hijau. Monitor Gas Rumah Hijau Hiperspektral (GAS) di atas satelit Fengyun-3D menggunakan spektroskopi interferometrik untuk memperoleh spektrum resolusi tinggi dalam empat tetingkap jalur dalam julat inframerah dekat-inframerah hingga gelombang pendek, yang digunakan untuk mendapatkan maklumat kepekatan komponen atmosfera seperti CH4 dan CO2, meningkatkan anggaran kuantitatif fluks gas rumah hijau permukaan pada skala serantau.

△Pengesanan jauh satelit GHGSat memantau pelepasan metana daripada kemudahan minyak dan gas.

Satelit pemantauan metana komersial terus mencapai kemajuan.

Satelit komersial terutamanya menyasarkan kawasan pelepasan perindustrian minyak dan gas setempat, menganggarkan pelepasan dengan memperoleh data imejan resolusi spatial yang tinggi. Pembangunan satelit komersial juga telah mewujudkan keadaan yang sangat baik untuk pemantauan pelepasan CH4 setempat, melengkapi keupayaan pengesanan CH4 bawaan angkasa global. Dari tahun 2016 hingga 2021, GHGSat, sebuah syarikat satelit gas rumah hijau Kanada, melancarkan satelit GHGSat-D, GHGSat-C1, dan GHGSat-C2 dan melengkapkan rangkaian mereka, meningkatkan ambang pemantauan pelepasan metana dan resolusi spatial masing-masing kepada 100 kg/j dan 25 meter, membolehkan pemantauan tepat sumber pelepasan metana seperti kemudahan pengeluaran minyak dan gas berasaskan darat tunggal dan saluran paip gas asli.

Kes Aplikasi Satelit Pemantauan Metana

Menganggarkan bajet CH4 global dan serantau dapat membantu meningkatkan pemahaman kita tentang taburan sumber-sinki CH4 dan menyediakan rujukan untuk menangani perubahan iklim masa hadapan. Pada masa ini, data GOSAT digunakan secara meluas dalam menganggarkan fluks CH4 permukaan, membantu dalam analisis taburan sumber-sinki CH4 dan perubahan pada skala global dan serantau. Ia memberikan bukti yang boleh dipercayai untuk menilai sumbangan sektor yang berbeza kepada pelepasan CH4 dan untuk mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam tentang perubahan dalam taburan sumber-sinki CH4 dan kesannya terhadap iklim. TROPOMI, dengan resolusi spatiotemporal yang lebih tinggi dan isipadu data yang jauh lebih besar dan lebih tepat daripada GOSAT, cemerlang dalam anggaran fluks skala halus. Penemuan ini memberikan sokongan data saintifik untuk penganggaran metana global dan pemahaman selanjutnya tentang perubahan sumber-sinki CH4.

Produk data CH4 bawaan satelit beresolusi spatiotemporal tinggi boleh mencerminkan secara langsung proses pelepasan CH4 antropogenik. TROPOMI telah menunjukkan kelebihannya dalam pengesanan spatiotemporal berterusan untuk pemantauan dan anggaran pelepasan CH4, dan keupayaan pengesanan ketepatan tingginya juga mewujudkan keadaan untuk pemantauan dan pengkuantitian pelepasan CH4 sumber kawasan serantau. Digabungkan dengan data kepekatan CO atmosfera yang dikesan secara serentak, kestabilan pelepasan CH4 tempatan boleh dinilai secara bebas tanpa model pengangkutan atmosfera. Siri satelit komersial GHGSat, dengan resolusi spatial yang tinggi, direka bentuk untuk memperoleh pelepasan sumber titik CH4 daripada pengeluaran perindustrian. Dengan mengenal pasti gumpalan pelepasan CH4 berskala halus, ia telah digunakan secara meluas dalam pemantauan pelepasan tempatan dan anggaran pelepasan.

Keputusan taburan global bagi kepekatan turus △CH4 (XCH4)

Kes Aplikasi Satelit Pemantauan Metana

Pelepasan CH4 antropogenik merupakan faktor utama yang menyumbang kepada pemanasan global yang ketara, dan pengesanan CH4 serantau yang tepat adalah sangat penting untuk memantau dan mengawal proses pelepasan antropogenik. Institut Sains Fizikal Hefei, Akademi Sains China, memperoleh maklumat spektrum penyerapan CH4 dalam saluran 1.65 μm menggunakan satelit GMI Gaofen-5, dan memperoleh keputusan taburan global bagi kepekatan lajur CH4 (XCH4) yang hampir dengan instrumen antarabangsa yang serupa.

Pusat Aplikasi Alam Sekitar Satelit Kementerian Ekologi dan Alam Sekitar telah menjalankan pemantauan CH4 atmosfera global menggunakan satelit pemerhatian bersepadu hiperspektral pada musim luruh tahun 2022 (1 Julai hingga 30 September). Keputusan pemantauan jelas mencerminkan ciri-ciri taburan latitud yang jelas, dan ketepatan penyongsangan CH4 adalah lebih baik daripada 20 ppm berbanding data pengukuran stesen TCCON. Kebocoran saluran paip gas asli Nord Stream pada September 2022 telah menarik perhatian antarabangsa yang meluas. Untuk menjejaki perkembangan insiden tersebut, Pusat Aplikasi Alam Sekitar Satelit Kementerian Ekologi dan Alam Sekitar telah menggunakan satelit tersebut pada 30 September untuk menjalankan pemantauan kecemasan di sepanjang saluran paip gas asli Nord Stream. Dengan kerjasama Universiti Wuhan, Universiti Nanjing dan institusi lain, ia telah menjalankan pengenalpastian dan pengkuantitian penderiaan jauh bagi anomali pelepasan CH4, menemui anomali pelepasan CH4 yang agak jelas pada saluran paip Nord Stream 2 di timur Pulau Bornholm, Denmark, dengan anggaran pelepasan kira-kira 70 tan/j.

△ Pemantauan anomali pelepasan CH4 di sepanjang saluran paip gas asli Nord Stream berdasarkan satelit pemerhatian bersepadu hiperspektral

Selepas bertahun-tahun pembinaan dan pembangunan, pemerhatian gas rumah hijau negara saya telah menunjukkan potensi sokongan data berbilang sumber angkasa lepas-udara-darat bersepadu. Ini bukan sahaja menyediakan data dan sokongan teknikal untuk pencegahan dan kawalan pencemaran udara serta ramalan kualiti udara negara saya, tetapi juga menyumbang kepada pembinaan platform pemerhatian gas rumah hijau berbilang satelit global. Semasa tempoh Rancangan Lima Tahun ke-14, negara saya akan terus meningkatkan usahanya dalam penyelidikan dan pembangunan satelit baharu dan pembinaan sistem aplikasi, meningkatkan lagi keupayaan pemantauan penderiaan jauhnya untuk gas rumah hijau dan bahan pencemar udara global yang utama, dan menyediakan sokongan data pemantauan penderiaan jauh untuk mencapai matlamat strategik "karbon berganda" negara dan menangani perubahan iklim global.

Sebahagian daripada bahan rujukan adalah daripada:

Pembinaan Satelit Pemerhatian Gas Rumah Hijau negara saya dan Aplikasi Data Lazim

Analisis Status Semasa dan Trend Pembangunan Satelit Pemerhatian Metana Atmosfera yang Bertujuan untuk Meneutralkan Karbon dan Puncak Karbon di negara saya