Для мониторинга парниковых газов необходима международная коалиция

"Нам нужно понимать местонахождение выбросов во всем мире, - говорит Стивен Гамбург, главный научный сотрудник Фонда защиты окружающей среды.

Кроме того, необходимо определять количественные показатели выбросов метана и отслеживать их изменения с течением времени, заявили участники вебинара SpaceNews по мониторингу метана 21 января.

Метеорологические системы

Государственные датчики, такие как прибор Tropomi, установленный на спутнике Европейского космического агентства и Европейской комиссии Copernicus Sentinel-5P, и японские спутники наблюдения за парниковыми газами, предоставляют обширные данные. Большое содействие оказывают коммерческие воздушные и космические датчики.

Например, канадская компания GHGSat следит за промышленными объектами, выбрасывающими парниковые газы, с помощью группировки из 12 спутников. GHGSat делится данными с NASA, ESA, ООН и нефтегазовой промышленностью.

По словам Райли Дюрена, научного сотрудника Аризонского университета и генерального директора Carbon Mapper, некоммерческой организации, занимающейся измерением выбросов парниковых газов, в отличие от нынешнего разрозненного подхода, необходимо нечто большее, чем национальные метеорологические системы, разбросанные по всему миру.

Национальные метеорологические системы объединяют данные с наземных, воздушных и космических датчиков, чтобы обеспечить "непрерывное оперативное понимание того, что происходит с погодой", - говорит Дюрен.

Нет четкой картины

Мониторинг парниковых газов не имеет подобных ресурсов.

"За десять лет мы добились значительных успехов в исследованиях и технических разработках, которые показали, что имеющиеся технологии дистанционного зондирования дают фактические данные, но они еще не развернуты в широких масштабах. В результате никто не имеет четкого представления о глобальных выбросах метана", - говорит Дюрен.

"У нас есть пара очков, но они довольно нечеткие", - говорит Гамбург, генеральный директор компании MethaneSAT LLC. MethaneSAT - это филиал Фонда защиты окружающей среды, который определяет местонахождение, измеряет и отслеживает выбросы метана с помощью воздушных датчиков, а в будущем и спутника, который планируется к запуску в 2024 году.

В ближайшие год или два данные с новых и существующих спутников "позволят нам надеть очки гораздо более высокого качества", - говорит Гамбург.

Спутники готовы действовать

Тем не менее, задача многогранна. Важно составить карту глобальных выбросов, чтобы определить общее количество метана в атмосфере, его распределение и проследить изменения с течением времени. Кроме того, необходимы подробные данные, чтобы выявить выбросы метана, исходящие от отдельных предприятий или мест, "чтобы мы могли остановить или сократить эти выбросы", - говорит Гамбург.

В этом должны помочь данные с новых спутников для мониторинга метана.

Космический прибор компании MethaneSAT позволит выявить выбросы регионального масштаба и определить крупные источники выбросов метана.

Также готов к работе спутник Tanager-1 с гиперспектральным датчиком для точного определения, количественной оценки и отслеживания точечных источников метана и углекислого газа. Кроме того, NASA может продлить работу спектрометра для формирования изображений миссии Earth Ventures-Instrument (EVI-4) на МКС, который оказался удивительно эффективным для мониторинга парниковых газов.

Япония планирует запустить инфракрасный спектрометр для измерения среднемесячных концентраций парниковых газов, расчета национальных скоплений антропогенных парниковых газов и обследования крупных источников выбросов, таких как электростанции.

Учёные также находят инновационные способы использования существующих спутниковых датчиков. 

Группировка геостационарных оперативных экологических спутников (GOES/ Geostationary Operational Environmental Satellite) Национального агентства по исследованию океана и атмосферы (NOAA) может предоставить ценные данные о выбросах метана.

С помощью снимков, полученных с использованием прибора Advanced Baseline Imager (ABI/ Усовершенствованный базовый формирователь изображений) на спутнике GOES, учёные определили крупный выброс на газопроводе и подсчитали общее количество выбросов. Сравнивая снимки, сделанные каждые пять минут, исследователи показали, как менялись выбросы с течением времени, и определили продолжительность утечки.

Исследование еще не прошло экспертную оценку, но "потенциал этого метода огромен", - рассказала Шобха Кондрагунта, руководитель научной группы по аэрозолям и составу атмосферы в Службе спутниковой информации Национального управления океанических и атмосферных исследований в ходе вебинара SpaceNews.

Задача сокращения выбросов метана занимает одно из первых мест в климатической повестке дня. По своему потенциалу влияния на потепление атмосферы метан уступает только углекислому газу. Кроме того, при наличии необходимых инструментов утечки метана можно быстро обнаружить и остановить.

Частые наблюдения

Большинство государственных спутников, фиксирующих выбросы метана, движутся по низкой околоземной орбите, что дает мало возможностей для многократных ежедневных наблюдений за объектами. В отличие от них, спутники NOAA GOES-East и GOES-West, оснащенные приборами ABI, работают вместе, чтобы наблюдать за Северной и Южной Америкой и окружающим океаном каждые 10 минут. Обзор континентальной части США и некоторых районов Канады и Мексики доступны каждые пять минут.

Гарвардский университет, Высшая техническая школа Цюриха, Политехнический университет Валенсии и Международная обсерватория выбросов метана при ООН провели исследование полезности ABI для выявления утечек метана. Исследователи сосредоточились на выбросах в 2019 году из газопровода в Дуранго, Мексика. Утечка была обнаружена прибором Tropomi, установленным на европейском спутнике Copernicus Sentinel-5P.

"Гарвардский университет разработал простой алгоритм для получения данных о выбросах метана из снимков, сделанных нашими инструментами на геостационарных спутниках", - говорит Кондрагунта. "Мы можем воспользоваться преимуществами коротковолнового инфракрасного наблюдения этих приборов, чтобы рассмотреть утечки метана с предприятий. Одно из огромных преимуществ этого метода, если обещания оправдаются, заключается в том, что мы получим прямые данные о выбросах или потоках с наших устройств, поскольку наши геостационарные спутники делают снимки каждые пять или десять минут".

С помощью данных коротковолнового инфракрасного наблюдения, полученных от ABI, исследователи определили, что выброс продолжался три часа. Во время выброса в час выделялось от 260 до 550 метрических тонн метана. Общее количество выброшенного метана, от 1130 до 1380 метрических тонн, достаточно для обеспечения энергией 3600-4400 мексиканских городских домохозяйств в течение года.

"Мы показали, как можно оценить зависящую от времени интенсивность выбросов по последовательности 5-минутных сканирований GOES без необходимости получения информации о скорости местного ветра", - пояснила Кондрагунта. "Наши результаты демонстрируют уникальную ценность геостационарных спутниковых приборов для обнаружения экстремальных и кратковременных случаев выброса метана, количественной оценки выбросов от переменных точечных источников и точного определения местоположения источников."

Расширенные возможности

Возможность обнаружения значительных выбросов метана инструментами на геостационарных спутниках "является новой разработкой". Работая с учёными, "мы постараемся привнести эти возможности в NOAA", - добавила Кондрагунта.

ABI, основной инструмент GOES, собирает данные с разрешением от 0,5 до 2 километров на пиксель в 16 спектральных диапазонах.

Хотя потенциальное применение ABI для мониторинга метана является новым, "это не первый случай, когда возможности ABI оказываются полезными в новой области наблюдений, которая имеет большое влияние", - сообщил Шикха Гангули, генеральный менеджер L3Harris по метеорологическим и космическим системам. "Мы рады, что сейчас исследуется еще одна область, где можно получить больше пользы".

Преемник ABI, устройство GeoXO, будет обладать еще большими возможностями для наблюдения. Семь из 16 каналов ABI будут иметь улучшенное разрешение. Компания L3Harris разрабатывает новое устройство для получения изображений в рамках контракта стоимостью $765,5 млн, заключенного в марте 2023 года.

"Мы продолжим расширять наши возможности по проведению наблюдений для отслеживания подобных явлений", - сказал Гангули.

Необходимо объединить усилия

"Для решения проблемы метана, снижения выбросов парниковых газов и мониторинга в целом необходим большой набор инструментов, потому что выбросы, которые мы пытаемся помочь людям сократить, понять, отследить и количественно оценить, происходят в широком диапазоне измерений", - считает Дюрен из Carbon Mapper. "И этот набор инструментов должен быть разнообразным".

Несмотря на недавний прогресс, потребуется создание коалиции правительственных агентств, работающих с неправительственными организациями и компаниями, "чтобы решить грандиозную задачу: всеобъемлющий, устойчивый, оперативный мониторинг для сокращения выбросов метана и CO2 в глобальном масштабе".