Обзор методов обнаружения метана в атмосфере

Деятельность человека со времен Первой промышленной революции более чем вдвое увеличила концентрацию метана в атмосфере. Хотя выбросы метана составляют 3% от общего объема выбросов парниковых газов по массе, их радиационное воздействие (или климатическое воздействие) составляет 23% от общего объема радиации. В отчете о выбросах метана за 2023 год, опубликованном GHGSat, показано, что к концу 2023 года глобальные выбросы метана достигли примерно 378 млн тонн CO2-э, что вдвое больше, чем в 2022 году. В настоящее время метан является вторым по величине парниковым газом после углекислого газа и привлекает значительное внимание во всех крупнейших экономиках мира.

Систематическое обнаружение атмосферного метана началось в 1880-х годах с программы Всемирной метеорологической организации (ВМО) «Глобальная атмосферная мониторинговая служба» (GAW). В зависимости от платформы, на которой установлен детектор, методы обнаружения атмосферного метана можно разделить на наземные, космические и космические.

△Карта глобального распределения площадок TCCON

Наземное обнаружение

Наземные методы обнаружения появились раньше всех, и в настоящее время к основным глобальным наземным сетям наблюдения за метаном относятся Сеть наблюдения за общим содержанием углерода в атмосфере (TCCON) и Национальная сеть обнаружения возмущений и изменений в атмосфере (NDACC).

Наземные методы обнаружения обладают высокой чувствительностью и позволяют получать высокоточные данные об обнаружении метана в атмосфере, однако количество наземных станций, распределенных по всему миру, ограничено, а их пространственное распределение неравномерно, с низким охватом наблюдательных станций в Южной Америке, Африке, Океании и Азии.

△Машинное обнаружение метана в атмосфере

Обнаружение из космоса

В области обнаружения объектов с воздуха был разработан ряд бортовых детекторов, включая бортовой лазерный инфракрасный абсорбционный спектрометр (ALIAS), бортовой атмосферный хроматограф для контроля следовых газов (ALIAS-II), лидар для мониторинга газов (GML), бортовой спектрометр видимого/инфракрасного диапазона следующего поколения НАСА (AVIRIS-NG), бортовой спектрометр GHGSat (GHGSat-AV) и бортовой симулятор MethaneSAT (MethaneAIR).

Аэродинамическое обнаружение позволяет проводить мониторинг в режиме реального времени непосредственно на месте, обеспечивая быструю аэрофотосъемку в определенном диапазоне и оперативное реагирование на предполагаемые утечки метана из атмосферы. Аэродинамическое обнаружение позволяет стабильно определять выбросы метана, превышающие 10 кг/ч, а некоторые спектрометры могут даже определять выбросы ниже 5 кг/ч.

△Возможность обнаружения метана в атмосфере с помощью космических аппаратов

Исследование на основе звезд

С 1990 года спутниковое дистанционное зондирование все шире используется для мониторинга состава атмосферы. Соединенные Штаты, страны Европейского союза, Япония, Канада и Китай последовательно запустили множество спутников с возможностями обнаружения метана в атмосфере, постепенно формируя многомасштабную пространственную систему обнаружения метана, охватывающую весь земной шар, регионы и точечные источники. По мере улучшения характеристик спутниковых датчиков точность обнаружения постепенно возрастает.

Обнаружение с помощью космических средств компенсирует низкий пространственный охват наземных и космических методов обнаружения. Наземные и космические методы обнаружения предоставляют данные для проверки точности космического обнаружения. Три метода обнаружения — наземный, космический и космический — дополняют друг друга, обеспечивая основу данных для обнаружения метана в атмосфере. Они также обеспечивают проверку и поддержку инвентаризации выбросов «снизу вверх» посредством подхода «сверху вниз».