Данные с трех спутников Sentinel позволили нанести на карту супер-излучатели метана

В стремлении решить проблему изменения климата и сократить выбросы парниковых газов обнаружение утечек метана – мощного фактора глобального потепления – становится все более важным. Исследователи используют возможности передовых спутниковых технологий для мониторинга этих утечек из космоса.

Почему метан важен в борьбе с изменением климата
Метан является мощным парниковым газом и вторым по величине фактором, способствующим потеплению климата после углекислого газа.
Тонна метана, несмотря на его более короткий срок жизни в атмосфере (около 10 лет), может удерживать в 30 раз больше тепла, чем тонна углекислого газа в течение столетия. Это означает, что, когда дело доходит до потепления нашей планеты, метан является мощным игроком.
Но есть и хорошая новость: поскольку метан не задерживается так долго, как углекислый газ, он дает нам возможность относительно быстро принять меры по борьбе с изменением климата. Если мы сократим выбросы метана, мы действительно сможем увидеть ощутимое снижение глобального уровня метана всего за десять лет. Это, в свою очередь, помогает смягчить усиленный парниковый эффект.
Теперь поговорим о «суперизлучателях». В то время как источники выбросов метана относятся к любому источнику метана, начиная от естественных процессов, таких как водно-болотные угодья, или человеческой деятельности, такой как сельское хозяйство, суперэмиттеры метана выделяют непропорционально большое количество метана по сравнению с другими источниками выбросов.
Как правило, они встречаются на промышленных объектах, таких как нефтегазовые предприятия, угольные шахты или даже свалки, где есть проблемы с оборудованием или инфраструктурой, приводящие к значительным утечкам метана.
Эти суперэмиттеры являются «низко висящими плодами» в нашем стремлении сократить выбросы. Устранение этих супер-излучателей не требует сложных или дорогостоящих решений. Во многих случаях относительно простой ремонт может привести к значительному улучшению климата.
Однако есть проблема: сначала нам нужно идентифицировать эти супер-излучатели. Таким образом, мы сможем эффективно направить наши усилия и начать вносить свой вклад в борьбу с изменением климата.

Использование машинного обучения для обнаружения метана
Прибор Tropomi на борту спутника Copernicus Sentinel-5P является единственным спутниковым инструментом, который ежедневно создает глобальную карту концентраций метана.
Спутник измеряет метан, наблюдая за атмосферой Земли и, в частности, за коротковолновым инфракрасным диапазоном. Эти полосы похожи на уникальные отпечатки пальцев метана, что позволяет Sentinel-5P обнаруживать его присутствие с удивительной точностью.
Этот массив данных играет важнейшую роль в наших усилиях по осмыслению и устранению последствий выбросов метана для нашего климата и окружающей среды, что делает его незаменимым инструментом в борьбе с изменением климата.
Исследователи из Нидерландского института космических исследований SRON объявили о новом алгоритме, который автоматически обнаруживает шлейфы супер-излучателя метана в данных Sentinel-5P с помощью машинного обучения.
Он также автоматически рассчитывает соответствующие выбросы на основе измеренных концентраций и одновременной скорости ветра.
Беренд Шуит из SRON объясняет: «Раньше мы вручную определяли самые крупные излучатели, но поиск по миллионам пикселей Tropomi по-прежнему сложен. Шлейф метана часто покрывает всего несколько пикселей. Теперь мы автоматически получаем список обнаружений из модели машинного обучения каждый день.
«Мы проверяем их вручную каждую неделю, чтобы убедиться, что мы уверены в обнаружении. То, что остается, десятки шлейфов метана каждую неделю, мы публикуем в Интернете. Мы сообщаем о постоянных утечках другим спутникам с более высоким разрешением, чтобы они могли точно идентифицировать источник».

Увеличение выбросов метана в Ливии

Эта информация используется Международной обсерваторией по выбросам метана Организации Объединенных Наций для поиска решения вместе с ответственными компаниями или органами власти». Соавтор исследования Брэм Маасаккерс (Bram Maasakkers) из SRON добавил: «Десятки шлейфов метана, которые Tropomi обнаруживает каждую неделю, действительно представляют собой прекрасную возможность в борьбе с глобальным потеплением».
«Если это видно из космоса, это серьезно. Впервые мы получаем хорошую глобальную картину этих супер-излучателей. В нашей публикации мы описываем 2974 шлейфа, которые мы обнаружили в 2021 году; 45% приходится на нефтегазовые объекты, но мы также видим шлейфы из городских районов (35%) и угольных шахт (20%).
«Мы обнаруживаем антропогенные выбросы, воздействие на климат которых значительно больше, чем общие выбросы парниковых газов в Нидерландах. Во многих случаях эти утечки легко устранить».
Трехуровневый подход к обнаружению метана
Как правило, обнаружение выбросов метана осуществляется с помощью Copernicus Sentinel-5P. До недавнего времени ученые только начинали использовать возможности объединения данных с нескольких спутников для мониторинга выбросов метана из космоса, что включало в себя объединенные возможности спутников Copernicus Sentinel-5P и Sentinel-2.
Эти высокотехнологичные космические инструменты работают в тандеме для мониторинга и оценки выбросов метана в глобальном масштабе, позволяя исследователям не только обнаруживать присутствие метана, но и точно локализовать и количественно оценивать выбросы.
Благодаря ежедневному глобальному охвату, Sentinel-5P известен своими высокоточными измерениями метана и может обнаруживать утечки метана в любой точке Земли. Однако есть одна загвоздка. Пространственное разрешение относительно грубое, 7x5,5 км. Это означает, что он может идентифицировать присутствие метана, но не может точно определить его источник.
Спутники Sentinel-2, с другой стороны, оснащены многодиапазонными приборами, которые не предназначены для наблюдения за концентрацией метана, но могут определять точные места крупных утечек метана (выбрасывающих более одной тонны в час) с замечательным разрешением 20 м. Но Sentinel-2 не хватает ежедневного глобального покрытия, поэтому он может упустить важные данные в определенные периоды выбросов.
А как же миссия Sentinel-3? Спутники оснащены многодиапазонными радиометрами, которые могут наблюдать коротковолновые инфракрасные диапазоны, чувствительные к концентрациям метана. Эти спутники обеспечивают глобальное покрытие на ежедневной основе и разрешение наземных пикселей 500 м.
В недавней статье, опубликованной в журнале Remote Sensing of Environment, исследователи из SRON обнаружили, что спутники Sentinel-3 могут получать данные о метане из своих измерений в коротковолновом инфракрасном диапазоне. Впечатляет то, что он может обнаруживать самые большие утечки метана не менее 10 тонн в час, в зависимости от таких факторов, как местоположение и ветровые условия, каждый день. Это дает ему уникальную возможность выявлять и отслеживать утечки метана.

Трехуровневый подход к обнаружению метана

Вблизи нефтегазового месторождения Хасси-Мессауд в Алжире исследователи обнаружили непрерывный выброс метана из протекающего объекта в течение шести дней. Шлейф метана, обнаруженный спутником Sentinel-5P над Алжиром 4 января 2020 года, простирался более чем на 200 км к северо-востоку.
Команда использовала снимок Sentinel-2, чтобы приблизить источник происхождения шлейфа и определить точное место утечки как нефтяную/газовую скважину, в то время как Sentinel-3 показал, что утечка продолжалась в течение шести дней.
При анализе этих утечек и Sentinel-2, и Sentinel-3 предоставили схожие оценки выбросов метана, демонстрируя полезность Sentinel-3 для количественной оценки выбросов. Объединение данных с этих двух спутников позволяет исследователям с высокой точностью увеличивать масштаб, идентифицируя, количественно оценивая и отслеживая источники метана, соответствующие шлейфам, наблюдаемым при глобальном сканировании Sentinel-5P.
Судханшу Пандей (Sudhanshu Pandey), ведущий автор и в настоящее время научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА, прокомментировал: «Кто бы мог подумать, что мы можем использовать три разные миссии Sentinel в многоуровневом подходе, чтобы сначала обнаружить супер-излучатели метана из космоса по всему миру с помощью Tropomi на Sentinel-5P, а затем, увеличив масштаб с помощью Sentinel-3 и Sentinel-2, мы сможем идентифицировать точный источник, ответственный за это, на уровне объекта. Это та информация, которая нам нужна для принятия быстрых мер».
В борьбе с изменением климата понимание и смягчение выбросов метана имеют первостепенное значение. Sentinel-3 с его уникальным сочетанием ежедневного глобального покрытия и обнаружения метана с высоким разрешением, становится ценным активом в арсенале инструментов для отслеживания и устранения этих неуловимых утечек.
По мере развития технологий и углубления нашего понимания спутниковые наблюдения будут играть ключевую роль в глобальных усилиях по борьбе с изменением климата.