在应对气候变化和减少温室气体排放的过程中，探测甲烷泄漏--全球变暖的一个重要因素--变得越来越重要。研究人员正在利用尖端卫星技术的能力，从太空监测这些泄漏。甲烷是一种强大的温室气体，是仅次于二氧化碳的第二大气候变暖因素。尽管一吨甲烷在大气中的寿命只有 10 年左右，但在一个世纪的时间里，它所保留的热量却是一吨二氧化碳的 30 倍。这意味着，在使地球变暖方面，甲烷是一个强有力的角色。
哥白尼哨兵-5P 号卫星上的 Tropomi 仪器是唯一每天都能绘制全球甲烷浓度地图的卫星仪器。今天，SRON 荷兰空间研究所的研究人员公布了一种新算法，该算法利用机器学习自动发现哨兵-5P 数据中的甲烷超级排放羽流。资料来源：欧空局/SRON
但好消息是：由于甲烷不会像二氧化碳那样长期存在，它为我们提供了一个采取相对迅速的气候行动的机会。如果我们减少甲烷排放，我们实际上可以在短短十年内看到全球甲烷水平的明显下降。这反过来又有助于缓解温室效应的增强。
本图显示的是哥白尼哨兵-5P 于 2021 年 7 月 26 日在利比亚一个石油开采点的探测群中探测到的甲烷超级发射羽流之一。GHGSat 卫星根据该地区的 Tropomi 探测到的目标进行观测，发现了一个未点燃的照明弹的排放物。图片来源：欧空局
现在，让我们来谈谈"超级排放者"。甲烷排放者指的是任何甲烷来源，包括湿地等自然过程或农业等人类活动，但与其他排放者相比，甲烷超级排放者释放的甲烷量大得不成比例。
这些超级排放源通常出现在工业设施中，如石油和天然气作业、煤矿，甚至垃圾填埋场，这些设施的设备或基础设施问题会导致大量甲烷泄漏。这些排放源石我们寻求减排过程中的"低垂果实"。修复这些超级排放源并不需要复杂或昂贵的解决方案。在许多情况下，相对简单的维修就能带来显著的气候收益。
然而，我们面临着一个挑战：我们首先需要确定这些超级排放源。这样，我们才能有的放矢，在应对气候变化的斗争中有所作为。
哥白尼哨兵-5P 卫星上搭载的 Tropomi 仪器是唯一每天绘制全球甲烷浓度地图的卫星仪器。
该卫星通过观测地球大气层，特别是短波红外波段来测量甲烷。这些波段就像甲烷的独特指纹，使哨兵-5P 能够非常精确地探测到甲烷的存在。
这些丰富的数据在我们理解和应对甲烷排放对气候和环境造成的后果方面发挥着至关重要的作用，使其成为应对气候变化的斗争中不可或缺的工具。
荷兰 SRON 空间研究所的研究人员公布了一种新算法，该算法利用机器学习自动发现哨兵-5P 数据中的甲烷超级排放羽流。
它还能根据测量到的浓度和同期风速自动计算相关的排放量。
此图显示了 2020 年 1 月 4 日对阿尔及利亚甲烷泄漏的分层卫星观测。在阿尔及利亚 Hassi Messaoud 油田/气田附近，荷兰 SRON 空间研究所的研究人员发现一个泄漏设施连续六天排放甲烷。2020 年 1 月 4 日，哨兵-5P 在阿尔及利亚上空探测到甲烷羽流，并向东北方向延伸了 200 多公里。
研究小组利用哨兵-2 的图像放大了甲烷羽流的源头，并将泄漏的确切位置确定为一个油/气井，而哨兵-3 则显示泄漏持续了六天。图片来源：SRON/JPL（数据：包含修改后的哥白尼哨兵数据（2020 年），由欧空局处理）
SRON 的 Berend Schuit 解释说："以前，我们手动识别最大的排放者，但要在数百万个 Tropomi 像素中进行搜索仍然很困难。甲烷羽流通常只覆盖几个像素。现在，我们每天都会从机器学习模型中自动获取一份检测清单。我们每周都会手动检查这些检测结果，以确保我们对检测结果有信心。剩下的，每周几十个甲烷羽流，我们都会在网上公布。我们将持续泄漏的信息传递给其他具有更高分辨率的卫星，以便它们能够精确地确定泄漏源。联合国国际甲烷排放观测站利用这些信息，与负责任的公司或当局一起寻找解决方案"。
合著者之一、来自 SRON 的 Bram Maasakkers 补充说："Tropomi 每周探测到的几十个甲烷羽流确实为应对全球变暖提供了一个千载难逢的机会。如果它从太空中可见，那它就是严重的。现在，我们第一次清楚地了解了这些超级排放物的全貌。在我们的出版物中，我们描述了我们在 2021 年发现的 2974 个烟羽；其中 45% 来自石油和天然气设施，但我们也看到了来自城市地区（35%）和煤矿（20%）的烟羽。我们检测到的人为排放物对气候的影响远远大于荷兰的温室气体排放总量。在许多情况下，这些泄漏是很容易解决的。"
这篇论文发表在今天的《大气化学与物理学》（Atmospheric Chemistry and Physics）上，可点击此处查阅：
https://doi.org/10.5194/acp-23-9071-2023
甲烷检测的三级方法
甲烷排放的探测通常依赖于哥白尼哨兵-5P。直到最近，科学家们才开始利用多颗卫星的数据组合来监测来自太空的甲烷排放，其中包括哥白尼哨兵-5P 和哨兵-2 卫星的综合能力。
这些高科技天基工具协同工作，在全球范围内监测和评估甲烷排放，使研究人员不仅能够检测甲烷的存在，还能准确定位和量化排放。
哨兵-5P 每天覆盖全球，以其高精度甲烷测量而闻名，可以探测到地球上任何地方的甲烷泄漏。不过，这也有一个问题。空间分辨率相对较低，只有 7×5.5 千米。这意味着它可以识别甲烷的存在，但无法精确定位其来源。
另一方面，"哨兵-2"卫星配备了多波段仪器，这些仪器不是用来观测甲烷浓度的，但可以识别主要甲烷泄漏点（每小时排放超过一吨）的精确位置，分辨率高达 20 米。
那么哨兵-3 号任务又如何呢？这些卫星配备了多波段辐射计，可以观测对甲烷浓度敏感的短波红外波段。这些卫星每天覆盖全球，地面像素分辨率为 500 米。
在最近发表在《环境遥感》（Remote Sensing of Environment）上的一篇论文中，SRON 的研究人员发现，哨兵-3 卫星可以从其短波红外波段测量中获取甲烷增强值。令人印象深刻的是，根据位置和风力条件等因素，它每天都能检测到每小时至少 10 吨的最大甲烷泄漏。这使它在识别和监测甲烷泄漏方面处于独一无二的地位。