Metan izleme uyduları – sera gazı izlemesinde yeni bir odak noktası

Metan izleme uydularının çalışma prensibi, metanın farklı dalga boylarındaki spektral emilimini analiz ederek toplam metan miktarını tahmin etmektir. Uzaktan algılama izleme aralığı, uydudan yere kadar sütunsal bir alanda metan miktarını kapsar ve temel amacı, yüzeye yakın atmosferik CH4 konsantrasyonuna ilişkin doğru, mekansal ve zamansal olarak sürekli veriler elde etmektir.

Uzaydan yapılan ilk CH4 tespitlerinde ağırlıklı olarak termal kızılötesi bant kullanılmıştır. Bununla birlikte, termal kızılötesi banttaki yüzey ve yüzeye yakın atmosferin emisyon radyasyonu benzer olduğundan, spektrumdan ikisi arasında ayrım yapmak zordur. Sonuç olarak, termal kızılötesi bant, yüzeye yakın atmosferdeki CH4 konsantrasyonundaki değişikliklere duyarlı değildir ve CH4 emisyon azaltma hedefi kapsamında yüzeye yakın emisyon süreçlerinin tespit gereksinimlerini karşılayamaz.

Buna karşılık, kısa dalga kızılötesi spektrumu, özelliklerinde önemli farklılıklar gösteren CH4 emilim sinyalleri ve yüzey yansıma sinyalleri içermektedir. CH4 profiline göre CH4 sütun konsantrasyonunun duyarlılık karşılaştırma analizine göre, kısa dalga kızılötesi bant, yüzeye yakın atmosferik CH4'teki değişikliklere karşı çok hassastır ve CH4 emisyon süreçlerinin izlenmesi için daha uygundur.

Metan izleme uydusu fırlatmasının mevcut durumu

△Yörüngede görevini tamamlamış veya halen yörüngede bulunan CH4 uydularının performansının özeti

Son yıllarda, kısa dalga kızılötesi CH4 uzay tabanlı tespit teknolojisinin hızlı gelişimiyle birlikte, hem yurt içinde hem de yurt dışında çok sayıda kısa dalga kızılötesi tespit uydusu fırlatılmış ve bir dizi CH4 tespiti ve ilgili uygulama çalışması yürütülmüştür. Bu durum, CH4 uydu uzaktan algılama tersine çevirme algoritmalarının ve akı tersine çevirme algoritmalarının geliştirilmesini etkin bir şekilde teşvik etmiş, uzay keşif yeteneklerinin geliştirilmesi, veri ürünlerinin üretilmesi ve bunların doğrudan uygulanması için teknik bir temel oluşturmuştur. Dahası, tespit verilerinin doğruluğu ve akı tahmini açısından, kısa dalga kızılötesi tespitinin küresel CH4 kaynak-yutak dengesi tahminindeki uygulama potansiyelini göstermiştir.

metan izleme uydu verilerinin elde edilmesi

△Yurt içi ve yurt dışındaki sera gazı izleme uydularının mevcut durumu ve planlaması: Yeşil, metan izlemeyi gösterir.

Uydudan elde edilen doğru CH4 tespit verilerinin elde edilmesi, yüksek hassasiyetli CH4 uydu uzaktan algılama tersine çevirme algoritmalarının desteğini gerektirir. Uydu ile tespit edilen CH4 veri ürünlerinin kalitesi genellikle tespit cihazlarının ve tersine çevirme parametrelerinin seçimine bağlıdır.

Kısa dalga kızılötesi (SIR) algılama, yüzeye yakın CH4 konsantrasyon değişikliklerine duyarlı olma avantajına sahiptir, ancak soğurma spektrumu, girişim yapan gazlar, sıcaklık, bulutlar ve aerosoller gibi atmosferik ve yüzey parametrelerinden kolayca etkilenerek önemli hatalara yol açar. Yüksek hassasiyetli tersine çevirme algoritmalarının amacı, bu girişim faktörlerinin etkisini azaltmak ve hedef gazın konsantrasyon bilgisini etkin spektral bilgilerden çıkarmaktır. Uluslararası alanda, SCIAMACHY ve GOSAT uyduları kullanılarak sera gazları için çeşitli uydu uzaktan algılama tersine çevirme yöntemleri geliştirilmiştir. Bunlar arasında en yaygın kullanılanlar, tamamen fiziksel model tersine çevirme algoritması, vekil tersine çevirme yöntemi ve WFM-DOAS tersine çevirme yöntemidir.

Tamamen fiziksel tersine çevirme algoritmaları, sinyallerin atmosferik radyatif transfer sürecini simüle etmek için ileri modeller kullanır; bu da radyatif transfer sırasında saçılmadan kaynaklanan optik yol belirsizliklerinden kaynaklanan hataları önemli ölçüde azaltır ve genellikle yüksek tersine çevirme doğruluğu sergiler. Vekil algoritmalar genellikle CH4 algılama bandındaki optik yol üzerindeki bulutların ve aerosollerin etkisini düzeltmek için CO2 gibi kararlı atmosferik bileşenleri temsilci olarak kullanır ve böylece etkili CH4 konsantrasyon bilgisi elde eder. Klasik diferansiyel absorpsiyon spektroskopisine dayanan WFM-DOAS algoritması, diferansiyel absorpsiyon spektrumunun uyumunda absorpsiyon kesitini değiştirmek için hedef gaz sütununun toplam miktarının ağırlık fonksiyonunu kullanır.

Metan izleme, gelecekteki gelişim trendleri

△Çin'de farklı aylarda çeşitli kaynaklardan kaynaklanan metan emisyonları

Mevcut CH4 tespit uydu görevlerinin teknik imkanlarına dayanarak, farklı ölçeklerdeki tespit ve araştırma ihtiyaçlarını karşılamak için, aktif ve pasif yöntemlerin, yüksek ve alçak yörünge yaklaşımlarının bir kombinasyonunu kullanarak işbirlikçi tespit gerçekleştirecek bir uydu takımı sistemi kurulması gerekmektedir. Gelecekte yüksek uzamsal ve zamansal çözünürlüklü küresel CH4 tespiti öncelikle uydu ağları aracılığıyla gerçekleştirilecektir. Birden fazla uydudan elde edilen tespit sonuçlarının kapsamlı bir şekilde uygulanmasıyla, karbon nötrlüğü ile ilgili emisyon azaltma önlemlerinin etkinliğinin değerlendirilmesi ve küresel karbon envanteri planları için bilimsel destek sağlanacaktır.

Zhongke Xiguang Havacılık:Ticari amaçlı çift karbonlu izleme uzaktan algılama uydu takımyıldızını ilk kullanan şirket.

Mevcut altyapıya dayanarak, kapsamlı pazar araştırması ve kullanıcı takibi sonrasında, CAS Xiguang Aerospace, ultra ince spektral algılama teknolojisine dayalı ticari çift karbon izleme uzaktan algılama uydu takımyıldızı planını başlatarak Çin'de öncü rol üstlendi. Başlıca sera gazlarının konsantrasyonlarını izleyebilen Çin'in ilk ticari metan izleme uydusu olan XIGUANG-004'ü tasarladılar. Bu uydu, karbon kaynaklarını ve yutaklarını izlemek için tasarlanmış, metan konsantrasyon dedektörü, klorofil floresans dedektörü ve çok spektrumlu görüntüleme kamerası ile donatılmış bir uzaktan algılama uydusudur. Uydu uzaktan algılama yoluyla çift karbon izlemeyi hedefleyen kullanıcıların çeşitli ihtiyaçlarını karşılamak için çoklu çalışma modlarına sahiptir.

Metan konsantrasyon dedektörü, 0,1 nm spektral çözünürlüğe sahiptir ve metan sütun konsantrasyonunun nicel olarak tespitini ve hedef konumun üzerindeki metan sütun konsantrasyonunun nicel olarak belirlenmesini sağlar. Klorofil floresans dedektörü, 0,5 nm'ye kadar spektral çözünürlüğe sahip olup, bitki klorofil fotosentezi sırasında üretilen floresans spektrumundaki ince değişiklikleri etkili bir şekilde tespit eder. Bu, toplam bitki verimliliğinin değerlendirilmesini sağlar ve karbon ticareti için yol gösterici olur. Çok spektrumlu görüntüleme kamerası, 10 m zemin çözünürlüğü ile sekiz görünür ışık bandında çalışır. Geniş diyafram açıklığına ve düşük ağırlığa sahip olup, öncelikle zemin özelliklerinin spektral ve uzamsal görüntülerini elde etmek için kullanılır.

60 kg ağırlığındaki uydu, çift karbonlu uzaktan algılama izleme ve doğal bitki örtüsü ile yapay özelliklerin karbon nötrlüğü potansiyelinin değerlendirilmesinde olumlu bir rol oynayabilir. Küresel karbon emisyonlarının ve karbon yutaklarının yüksek frekanslı, yüksek miktarlı ve yüksek kapsama alanlı gözlemlenmesini sağlayacak ve Çin'de ticari karbon uydularının geliştirilmesinde öncü rol üstlenecektir.

△Sektörlere göre küresel metan emisyonları, 1970-2018

Küresel iklim değişikliğinin acil durumu karşısında, CH4 emisyonlarının azaltılması, küresel ısınmayı kontrol altına almak ve karbon nötrlüğüne ulaşmak için gerekli bir araçtır. Uydu uzaktan algılama, yüksek mekansal ve zamansal çözünürlükte küresel CH4 konsantrasyon verileri sağlayarak, CH4 mekansal ve zamansal dinamik izleme, CH4 bütçe hesaplaması ve emisyon azaltma önlemlerinin değerlendirilmesi için veri destek yeteneklerini büyük ölçüde artırır ve gelecekteki iklim değişikliğiyle mücadele için bir referans sağlar.

Bu makaledeki bazı içerikler şu kaynaklardan alınmıştır:

Atmosfer Bilimleri IAP

Ülkemde Karbon Nötrlüğü ve Karbon Zirvesi Hedeflerine Yönelik Atmosferik Metan Gözlem Uydularının Mevcut Durumu ve Gelişim Trendlerinin Analizi

Yao Lu, Yang Dongxu, Cai Zhaonan, Zhu Sihong, Liu Yi, Deng Jianbo, Tian Longfei, Yin Zengshan, Lu Naimeng

Uzaydan dönüş ve uzaktan algılama, Çin Bilimler Akademisi'nin Sesi

Herhangi bir telif hakkı ihlali söz konusuysa, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin.