ดาวเทียมตรวจจับคาร์บอน: "ตรวจจับ" คาร์บอนจากระยะไกล ตรวจสอบการปล่อยก๊าซคาร์บอนทั่วโลกได้อย่างแม่นยำ

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการตรวจวัดและการสร้างแบบจำลองบรรยากาศ การติดตามการปล่อยก๊าซคาร์บอนผ่านการสังเกตความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศจึงถือเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการประเมินความสำเร็จในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก เมื่อวันที่ 22 ธันวาคม 2559 ประเทศของฉันได้ปล่อยดาวเทียมทดลองทางวิทยาศาสตร์เพื่อตรวจวัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ดวงแรก ชื่อ TanSat ทำให้เป็นประเทศที่สามของโลกที่ให้บริการข้อมูลดาวเทียมตรวจวัดคาร์บอน

การติดตามความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลก โดยดำเนินการสังเกตการณ์และการจำลองไปพร้อมกัน

ดาวเทียมคาร์บอน ซึ่งมีชื่ออย่างเป็นทางการว่า "ดาวเทียมทดลองทางวิทยาศาสตร์เพื่อการตรวจสอบคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลก" ทำหน้าที่ตรวจสอบความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลกโดยใช้วิธีการวัดความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศ โดยอาศัยการสังเกตการณ์และการจำลองพร้อมกัน เพื่อแก้ไขปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกและตรวจสอบการกระจายตัวของความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลก

ในแง่ของการสังเกตการณ์ การสำรวจระยะไกลด้วยดาวเทียมสามารถมีบทบาทสำคัญในการสังเกตการณ์ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลก เนื่องจากตำแหน่งและวิธีการสังเกตการณ์ที่เป็นเอกลักษณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสังเกตการณ์ที่ครอบคลุมทั่วโลกด้วยความละเอียดสูง ซึ่งสามารถมองเห็นได้ในพื้นที่กว้างและชัดเจน ในทางกลับกัน การจำลองส่วนใหญ่ใช้แบบจำลองการขนส่งในชั้นบรรยากาศและคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงเพื่อจำลองกระบวนการขนส่งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศและปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศในทุกช่วงเวลาและทุกสถานที่ และประสานงานกับการสังเกตการณ์จากดาวเทียมเพื่อให้ได้ค่าการไหลเวียนของคาร์บอนที่ใกล้เคียงกับความจริงมากที่สุด

ด้วยระบบ "การมองเห็นระยะไกล" ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ จึงสามารถให้ข้อมูลที่สำคัญได้อย่างครบถ้วน

ปัจจุบันทั่วโลกมีสถานีตรวจวัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ภาคพื้นดินเพียงไม่กี่ร้อยแห่ง ซึ่งไม่เพียงพอต่อความต้องการในการตรวจสอบ ดาวเทียมคาร์บอนจึงเป็นทางออกหนึ่งสำหรับปัญหานี้ เนื่องจากสามารถเก็บรวบรวมข้อมูลการตรวจสอบก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลกได้

การระบุว่าก๊าซใดเป็นคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศหนาแน่นที่ล้อมรอบโลก และแม้กระทั่งการสร้าง "แผนที่แบบไดนามิก" นั้น ดาวเทียมคาร์บอนของจีนติดตั้ง "ระบบมองเห็นระยะไกล" ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ

ดาวเทียม TanSat ซึ่งเป็นดาวเทียมตรวจวัดคาร์บอน มีอุปกรณ์ตรวจจับคาร์บอนไดออกไซด์แบบไฮเปอร์สเปกตรัมและมีความละเอียดเชิงพื้นที่สูง อุปกรณ์ตรวจจับนี้ทำงานโดยใช้เส้นดูดกลืนโมเลกุลในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้และใกล้รังสีอินฟราเรด เพื่อตรวจจับความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างแม่นยำและแบบเรียลไทม์ โดยติดตามการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศโลก ดาวเทียมคาร์บอนโคจรรอบโลกประมาณ 14 ครั้งต่อวัน ด้วยความกว้างในการตรวจจับ 20 กิโลเมตร ขณะโคจรรอบขั้วโลก ดาวเทียมจะเก็บรวบรวมข้อมูลความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลก เพื่อแสดงให้เห็นอย่างแม่นยำว่ากิจกรรมของมนุษย์และระบบธรรมชาติปล่อยและดูดซับก๊าซเรือนกระจกนี้อย่างไร

โดยการวิเคราะห์ลำดับความเข้มข้นของคอลัมน์ทั่วโลกและใช้แบบจำลองต่างๆ จากระบบการบูรณาการข้อมูล เราสามารถอนุมานการเปลี่ยนแปลงการไหลของ CO2 ทั่วโลก (ปริมาณ CO2 ทั้งหมดที่ผ่านพื้นที่หนึ่งหน่วยต่อหน่วยเวลา) ซึ่งเป็นข้อมูลพื้นฐานหลักสำหรับการวิจัยวัฏจักรคาร์บอน

△ เปรียบเทียบข้อมูลที่ได้จากดาวเทียมตรวจวัดคาร์บอน

สามารถคำนวณระดับคาร์บอนไดออกไซด์ในภูมิภาคต่างๆ ของโลกได้

นอกจากความสามารถหลักแล้ว ดาวเทียมคาร์บอนยังมาพร้อมกับเครื่องมือทรงพลังอีกอย่างหนึ่ง นั่นคือเครื่องถ่ายภาพโพลาไรเซชันของเมฆและละอองลอยแบบหลายสเปกตรัม เครื่องถ่ายภาพนี้จะวัดข้อมูลเสริม เช่น เมฆและอนุภาคในบรรยากาศ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเคราะห์ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างแม่นยำโดยการกำจัดปัจจัยรบกวน นอกจากนี้ยังช่วยนักอุตุนิยมวิทยาในการปรับปรุงความแม่นยำของการพยากรณ์อากาศ และให้ข้อมูลสำคัญสำหรับการวิจัยเกี่ยวกับสาเหตุของมลพิษทางอากาศ เช่น PM2.5 ข้อมูลจากดาวเทียมคาร์บอนได้รับการอัปเดตทุกวัน ผู้ใช้สามารถปรับแต่งและดาวน์โหลดข้อมูลทั่วโลกจากดาวเทียมคาร์บอนตามวันที่และภูมิภาคได้

แผนที่โลกฉบับแรกแสดงการกระจายตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศจากดาวเทียมคาร์บอนของจีน

△จากการสังเกตซ้ำๆ

ดาวเทียมคาร์บอนสามารถให้แผนที่ที่สมบูรณ์ของการกระจายตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลกได้

ดาวเทียมคาร์บอนเป็นดาวเทียมโคจรใกล้ขั้วโลกแบบมาตรฐานที่สัมพันธ์กับดวงอาทิตย์ โดยโคจรรอบขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ของโลกที่ระดับความสูง 700 กิโลเมตร โคจรรอบละ 14 ถึง 15 รอบต่อวัน เครื่องมือตรวจวัดคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลกของดาวเทียมนี้จะรวบรวมข้อมูลความละเอียดสูงระดับไฮเปอร์สเปกตรัมของชั้นบรรยากาศโลกในรัศมี 20 กิโลเมตรจากตะวันออกไปตะวันตกต่อรอบการโคจร ดังนั้น ดาวเทียมคาร์บอนจึงสามารถเก็บข้อมูลครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 300 กิโลเมตรต่อวัน หรือประมาณ 15 × 20 กิโลเมตร เนื่องจากเส้นรอบวงของเส้นศูนย์สูตรของโลกมีประมาณ 40,000 กิโลเมตร ในทางทฤษฎีแล้ว การเก็บข้อมูลจากการสังเกตการณ์ประมาณ 140 วันและ 2,000 รอบการโคจร จะทำให้สามารถสร้างแผนที่ตรวจวัดคาร์บอนไดออกไซด์ที่ครอบคลุมทั่วโลกได้อย่างต่อเนื่อง

△แผนที่แสดงการกระจายตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลกฉบับแรกของจีน จากดาวเทียมคาร์บอนของจีน

ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2560 แผนที่แสดงการกระจายตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลกฉบับแรกได้รับการเผยแพร่ โดยมีความแม่นยำเฉลี่ย 2.11 ppm แผนที่แสดงให้เห็นถึงรูปแบบของความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูงในซีกโลกเหนือและต่ำในซีกโลกใต้ในช่วงฤดูใบไม้ผลิ เนื่องจากการปล่อยก๊าซจากกิจกรรมของมนุษย์ เมื่อเปรียบเทียบแผนที่แสดงการกระจายตัวจากเดือนเมษายนและกรกฎาคม พ.ศ. 2560 จะเห็นแนวโน้มที่ชัดเจนว่าความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในซีกโลกเหนือลดลงจากฤดูใบไม้ผลิถึงฤดูร้อน ซึ่งบ่งชี้ถึงหน้าที่การกักเก็บคาร์บอนตามฤดูกาลของระบบนิเวศ แผนที่ยังสะท้อนให้เห็นถึงความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูงในพื้นที่ที่มีกิจกรรมของมนุษย์บ่อยครั้ง

ชุดข้อมูลการไหลเวียนของคาร์บอนทั่วโลก

△แผนภาพแสดงแหล่งปล่อยและแหล่งดูดซับคาร์บอนทั่วโลกที่ตรวจวัดโดยดาวเทียมคาร์บอนของจีน (TanSat)

เมื่อวันที่ 15 สิงหาคม 2564 นักวิจัยจากสถาบันฟิสิกส์บรรยากาศ สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน และสถาบันอื่นๆ ได้ใช้ระบบคำนวณการไหลเวียนของคาร์บอนขั้นสูง เพื่อให้ได้ชุดข้อมูลการไหลเวียนของคาร์บอนทั่วโลกชุดแรกจากดาวเทียมคาร์บอนของจีน ซึ่งเป็นดาวเทียมทดลองทางวิทยาศาสตร์ดวงแรกของประเทศจีนสำหรับการตรวจสอบก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลก นี่เป็นผลลัพธ์ที่สำคัญยิ่ง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าประเทศจีนมีศักยภาพในการตรวจสอบเชิงปริมาณเชิงพื้นที่ของสมดุลคาร์บอนทั่วโลก ทำให้จีนเป็นประเทศที่สามของโลก ต่อจากญี่ปุ่นและสหรัฐอเมริกา ที่มีเทคโนโลยีนี้

การจัดทำบัญชีคาร์บอนทั่วโลกช่วยให้เข้าใจผลกระทบของการดำเนินการต่างๆ เช่น การลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และการกักเก็บคาร์บอนต่อแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และการสำรวจระยะไกลด้วยดาวเทียมจะมีบทบาทสำคัญในการจัดทำบัญชีคาร์บอนทั่วโลกอย่างเป็นเอกภาพและเป็นกลาง

ดาวเทียมคาร์บอนของจีนเป็นดาวเทียมตรวจวัดก๊าซเรือนกระจกรุ่นแรกของประเทศ และเป็นดาวเทียม "ตรวจจับคาร์บอน" ลำดับที่สามของโลก ต่อจากญี่ปุ่นและสหรัฐอเมริกา การพัฒนาที่ประสบความสำเร็จนี้ทำให้สามารถตรวจวัดก๊าซเรือนกระจกจากอวกาศได้อย่างแม่นยำสูงตั้งแต่เริ่มต้น การปฏิบัติงานอย่างเสถียรในวงโคจรในอนาคตจะช่วยเติมเต็มช่องว่างทางเทคโนโลยีในด้านความสามารถในการตรวจจับก๊าซเรือนกระจกของประเทศจีน ความสำเร็จนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประเทศจีนในการทำความเข้าใจรูปแบบการเปลี่ยนแปลงของภาวะโลกร้อนและการกระจายตัวของการปล่อยก๊าซคาร์บอนทั่วโลก และเพื่อเสริมสร้างบทบาทของประเทศจีนในเวทีระหว่างประเทศในการแก้ไขปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก
ในอนาคต ประเทศของข้าพเจ้าจะพัฒนาดาวเทียมตรวจสอบก๊าซเรือนกระจกเจเนอเรชั่นใหม่ โดยอาศัยผลการวิจัยจากดาวเทียมคาร์บอน เพื่อสนับสนุนการบรรลุเป้าหมายการลดคาร์บอนทั้งในระดับโลกและระดับชาติ

(เนื้อหาบางส่วนในบทความนี้นำมาจากอินเทอร์เน็ต หากพบว่ามีการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก)