ดาวเทียมตรวจวัดมีเทน – จุดสนใจใหม่ในการตรวจสอบก๊าซเรือนกระจก

หลักการทำงานของดาวเทียมตรวจวัดมีเทนคือการประมาณปริมาณมีเทนทั้งหมดโดยการวิเคราะห์การดูดกลืนสเปกตรัมของมีเทนที่ความยาวคลื่นต่างๆ ช่วงการตรวจวัดระยะไกลครอบคลุมปริมาณมีเทนในพื้นที่ทรงกระบอกจากดาวเทียมถึงพื้นดิน และจุดประสงค์หลักคือการได้มาซึ่งข้อมูลความเข้มข้นของก๊าซมีเทน (CH4) ในบรรยากาศใกล้พื้นผิวที่แม่นยำและต่อเนื่องทั้งในเชิงพื้นที่และเวลา

การตรวจจับ CH4 จากอวกาศในยุคแรกส่วนใหญ่ใช้แถบอินฟราเรดความร้อน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากรังสีที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวและชั้นบรรยากาศใกล้พื้นผิวในแถบอินฟราเรดความร้อนมีความคล้ายคลึงกัน จึงยากที่จะแยกแยะความแตกต่างระหว่างทั้งสองจากสเปกตรัม ส่งผลให้แถบอินฟราเรดความร้อนไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของ CH4 ในชั้นบรรยากาศใกล้พื้นผิว และไม่สามารถตอบสนองความต้องการในการตรวจจับกระบวนการปล่อยก๊าซใกล้พื้นผิวภายใต้เป้าหมายการลดการปล่อย CH4 ได้

เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว สเปกตรัมอินฟราเรดคลื่นสั้นประกอบด้วยสัญญาณการดูดซับ CH4 และสัญญาณการสะท้อนจากพื้นผิวซึ่งมีลักษณะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ จากการวิเคราะห์เปรียบเทียบความไวของความเข้มข้นของคอลัมน์ CH4 เทียบกับโปรไฟล์ CH4 พบว่าแถบอินฟราเรดคลื่นสั้นมีความไวสูงต่อการเปลี่ยนแปลงของ CH4 ในบรรยากาศใกล้พื้นผิวและเหมาะสมกว่าสำหรับการตรวจสอบกระบวนการปล่อย CH4

สถานะปัจจุบันของการปล่อยดาวเทียมตรวจสอบก๊าซมีเทน

△สรุปผลการปฏิบัติงานของดาวเทียม CH4 ที่เสร็จสิ้นภารกิจแล้วหรือยังคงโคจรอยู่ในวงโคจร

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการตรวจจับ CH4 ด้วยคลื่นอินฟราเรดระยะสั้นจากอวกาศ ทำให้มีการปล่อยดาวเทียมตรวจจับคลื่นอินฟราเรดระยะสั้นหลายดวงทั้งในประเทศและต่างประเทศ เพื่อดำเนินการศึกษาการตรวจจับ CH4 และการประยุกต์ใช้งานที่เกี่ยวข้อง ซึ่งได้ส่งเสริมการพัฒนาอัลกอริทึมการผกผันการตรวจวัดระยะไกลของดาวเทียม CH4 และอัลกอริทึมการผกผันฟลักซ์อย่างมีประสิทธิภาพ วางรากฐานทางเทคนิคสำหรับการปรับปรุงขีดความสามารถในการสำรวจอวกาศ การผลิตผลิตภัณฑ์ข้อมูล และการประยุกต์ใช้งานโดยตรง นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการประยุกต์ใช้การตรวจจับคลื่นอินฟราเรดระยะสั้นในการประมาณสมดุลแหล่งกำเนิด-แหล่งดูดซับ CH4 ทั่วโลกจากมุมมองของความแม่นยำของข้อมูลการตรวจจับและการประมาณฟลักซ์

การเก็บรวบรวมข้อมูลดาวเทียมตรวจสอบมีเทน

△สถานะปัจจุบันและแผนงานของดาวเทียมตรวจสอบก๊าซเรือนกระจกทั้งในและต่างประเทศ: สีเขียวแสดงถึงการตรวจสอบก๊าซมีเทน

การได้มาซึ่งข้อมูลการตรวจจับ CH4 จากดาวเทียมที่แม่นยำนั้น จำเป็นต้องอาศัยอัลกอริทึมการผกผันข้อมูลการตรวจวัดระยะไกล CH4 จากดาวเทียมที่มีความแม่นยำสูง คุณภาพของผลิตภัณฑ์ข้อมูล CH4 ที่ตรวจจับได้จากดาวเทียมมักขึ้นอยู่กับการเลือกเครื่องมือตรวจจับและพารามิเตอร์การผกผัน

การตรวจจับด้วยรังสีอินฟราเรดคลื่นสั้น (SIR) มีข้อดีคือมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของ CH4 ใกล้พื้นผิว แต่สเปกตรัมการดูดกลืนแสงนั้นได้รับผลกระทบได้ง่ายจากพารามิเตอร์ของบรรยากาศและพื้นผิว เช่น ก๊าซรบกวน อุณหภูมิ เมฆ และละอองลอย ทำให้เกิดข้อผิดพลาดอย่างมาก เป้าหมายของอัลกอริทึมการผกผันที่มีความแม่นยำสูงคือการลดอิทธิพลของปัจจัยรบกวนเหล่านี้และดึงข้อมูลความเข้มข้นของก๊าซเป้าหมายจากข้อมูลสเปกตรัมที่มีประสิทธิภาพ ในระดับสากล มีการพัฒนาวิธีการผกผันการสำรวจระยะไกลด้วยดาวเทียมสำหรับก๊าซเรือนกระจกหลายวิธีโดยใช้ดาวเทียม SCIAMACHY และ GOSAT ในบรรดาวิธีเหล่านี้ วิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ได้แก่ อัลกอริทึมการผกผันแบบจำลองทางกายภาพทั้งหมด วิธีการผกผันแบบพร็อกซี และวิธีการผกผัน WFM-DOAS

อัลกอริทึมการผกผันแบบฟิสิกส์ทั้งหมดใช้แบบจำลองไปข้างหน้าเพื่อจำลองกระบวนการถ่ายเทรังสีในบรรยากาศของสัญญาณ ซึ่งช่วยลดข้อผิดพลาดที่เกิดจากความไม่แน่นอนของเส้นทางแสงเนื่องจากการกระเจิงระหว่างการถ่ายเทรังสีได้อย่างมาก และโดยทั่วไปแล้วจะมีความแม่นยำในการผกผันสูง อัลกอริทึมแบบตัวแทนมักใช้ส่วนประกอบของบรรยากาศที่เสถียร เช่น CO2 เป็นตัวแทนเพื่อแก้ไขอิทธิพลของเมฆและละอองลอยต่อเส้นทางแสงในแถบการตรวจจับ CH4 จึงสามารถดึงข้อมูลความเข้มข้นของ CH4 ที่มีประสิทธิภาพออกมาได้ อัลกอริทึม WFM-DOAS ซึ่งอิงตามสเปกโทรสโกปีการดูดกลืนแบบดิฟเฟอเรนเชียลแบบคลาสสิก ใช้ฟังก์ชันถ่วงน้ำหนักของปริมาณรวมของคอลัมน์ก๊าซเป้าหมายเพื่อแทนที่พื้นที่หน้าตัดการดูดกลืนในการปรับสเปกตรัมการดูดกลืนแบบดิฟเฟอเรนเชียล

การติดตามตรวจสอบมีเทนและแนวโน้มการพัฒนาในอนาคต

△ปริมาณการปล่อยก๊าซมีเทนจากแหล่งต่างๆ ในประเทศจีนในแต่ละเดือน

จากวิธีการทางเทคนิคที่มีอยู่สำหรับภารกิจดาวเทียมตรวจจับ CH4 เพื่อตอบสนองความต้องการในการตรวจจับและการวิจัยในระดับต่างๆ จำเป็นต้องสร้างระบบกลุ่มดาวเทียมเพื่อดำเนินการตรวจจับร่วมกันโดยใช้การผสมผสานระหว่างวิธีการเชิงรุกและเชิงรับ และวิธีการโคจรสูงและต่ำ การตรวจจับ CH4 ทั่วโลกที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่และเวลาสูงในอนาคตจะเกิดขึ้นได้เป็นหลักผ่านเครือข่ายดาวเทียม โดยการประยุกต์ใช้ผลการตรวจจับจากดาวเทียมหลายดวงอย่างครอบคลุม จะเป็นการสนับสนุนทางวิทยาศาสตร์สำหรับการประเมินประสิทธิภาพของมาตรการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เกี่ยวข้องกับความเป็นกลางทางคาร์บอน และสำหรับแผนการจัดทำบัญชีคาร์บอนทั่วโลก

การบินและอวกาศ Zhongke Xiguang:เป็นรายแรกที่ใช้งานกลุ่มดาวเทียมตรวจวัดระยะไกลแบบคาร์บอนคู่เชิงพาณิชย์

จากข้อมูลพื้นฐานที่มีอยู่ หลังจากทำการวิจัยตลาดและติดตามผู้ใช้งานอย่างกว้างขวาง บริษัท CAS Xiguang Aerospace ได้เป็นผู้นำในประเทศจีนด้วยการเปิดตัวแผนกลุ่มดาวเทียมสำรวจระยะไกลเชิงพาณิชย์สำหรับการตรวจสอบคาร์บอนสองชนิด โดยใช้เทคโนโลยีการตรวจจับสเปกตรัมละเอียดพิเศษ พวกเขาได้ออกแบบดาวเทียมตรวจสอบมีเทนเชิงพาณิชย์ดวงแรกของจีน คือ XIGUANG-004 ซึ่งสามารถตรวจสอบความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกหลักได้ ดาวเทียมดวงนี้เป็นดาวเทียมสำรวจระยะไกลสำหรับตรวจสอบแหล่งกำเนิดและแหล่งดูดซับคาร์บอน โดยติดตั้งเครื่องตรวจจับความเข้มข้นของมีเทน เครื่องตรวจจับการเรืองแสงของคลอโรฟิลล์ และกล้องถ่ายภาพหลายสเปกตรัม มีโหมดการทำงานหลายโหมดเพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของผู้ใช้งานที่ต้องการตรวจสอบคาร์บอนสองชนิดผ่านการสำรวจระยะไกลด้วยดาวเทียม

เครื่องตรวจจับความเข้มข้นของมีเทนมีความละเอียดเชิงสเปกตรัม 0.1 นาโนเมตร และมีคุณสมบัติในการตรวจจับเชิงปริมาณของความเข้มข้นของมีเทนในคอลัมน์ และการหาปริมาณความเข้มข้นของมีเทนในคอลัมน์เหนือตำแหน่งเป้าหมาย ส่วนเครื่องตรวจจับการเรืองแสงของคลอโรฟิลล์มีความละเอียดเชิงสเปกตรัมสูงถึง 0.5 นาโนเมตร สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสเปกตรัมการเรืองแสงที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์แสงของคลอโรฟิลล์ในพืชได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งช่วยให้สามารถประเมินผลผลิตรวมของพืชและเป็นแนวทางสำหรับการซื้อขายคาร์บอน กล้องถ่ายภาพมัลติสเปกตรัมทำงานในแถบแสงที่มองเห็นได้แปดแถบ โดยมีความละเอียดภาคพื้นดิน 10 เมตร มีรูรับแสงขนาดใหญ่และน้ำหนักเบา ใช้สำหรับการเก็บภาพสเปกตรัมและภาพเชิงพื้นที่ของลักษณะทางภูมิประเทศเป็นหลัก

ดาวเทียมดวงนี้มีน้ำหนัก 60 กิโลกรัม และสามารถมีบทบาทเชิงบวกในการตรวจสอบและประเมินศักยภาพความเป็นกลางทางคาร์บอนของพืชพรรณธรรมชาติและสิ่งก่อสร้างจากระยะไกลได้ จะช่วยให้สามารถสังเกตการณ์การปล่อยคาร์บอนและการดูดซับคาร์บอนทั่วโลกได้ด้วยความถี่สูง ปริมาณสูง และครอบคลุมพื้นที่กว้าง และจะเป็นผู้นำในการพัฒนาดาวเทียมคาร์บอนเชิงพาณิชย์ในประเทศจีน

△ปริมาณการปล่อยก๊าซมีเทนทั่วโลกจำแนกตามภาคส่วน ปี 1970-2018

ท่ามกลางสถานการณ์เร่งด่วนของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก การลดการปล่อยก๊าซมีเทน (CH4) เป็นวิธีการที่จำเป็นในการควบคุมภาวะโลกร้อนและบรรลุเป้าหมายความเป็นกลางทางคาร์บอน การสำรวจระยะไกลด้วยดาวเทียมสามารถให้ข้อมูลความเข้มข้นของก๊าซมีเทนทั่วโลกที่มีความละเอียดสูงทั้งในเชิงพื้นที่และเวลา ซึ่งช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการสนับสนุนข้อมูลสำหรับการติดตามการเปลี่ยนแปลงของก๊าซมีเทนในเชิงพื้นที่และเวลา การคำนวณงบประมาณก๊าซมีเทน และการประเมินมาตรการลดการปล่อยก๊าซ และเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการรับมือกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในอนาคต

เนื้อหาบางส่วนในบทความนี้นำมาจากแหล่งข้อมูล:

วิทยาศาสตร์บรรยากาศ IAP

การวิเคราะห์สถานะปัจจุบันและแนวโน้มการพัฒนาของดาวเทียมสังเกตการณ์ก๊าซมีเทนในชั้นบรรยากาศ โดยมีเป้าหมายเพื่อการบรรลุความเป็นกลางทางคาร์บอนและจุดสูงสุดของการปล่อยคาร์บอนในประเทศของฉัน

เหยา หลู่, หยาง ตงซู, ไฉ่ จ้าวหนาน, จู ซือหง, หลิวยี่, เติ้ง เจี้ยนป๋อ, เทียน หลงเฟย, หยิน เจิ้งชาน, หลู่ไนเหมิง

การกลับสู่โลกและการสำรวจระยะไกล เสียงจากสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน

หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก