Выявление, количественная оценка и мониторинг выбросов метана из космоса

Луис Гуантер

Европейский фонд защиты окружающей среды

Научно-исследовательский институт водного и экологического инжиниринга, Политехнический университет Валенсии (Испания)

​

@UNEP/IMEO

Разнообразная экосистема миссий, чувствительных к метану

За последние годы сформировалась богатая экосистема спутников, чувствительных к метану

​

Спутники помогают усилиям по снижению выбросов метана за счет:

• обнаружения, количественной оценки и мониторинга активных точечных источников (выше заданного порога обнаружения)
• оценки выбросов на региональном уровне

В этой презентации: обзор использования спутников для выявления выбросов метана от деятельности человека (в особенности в секторе O&G)

Jacob et al., ACP, 2022

Обнаружение источников метана из космоса — в центре внимания

Разнообразная экосистема миссий, чувствительных к метану

Картирование площадных потоков (TROPOMI)

7 км/пиксель, глобальное ежедневное покрытие,

выбросы >10 т/ч, как правило без атрибуции источникам

Съемка точечных источников

~30 м/пиксель, редкие съемки

выбросы >0,1–1 т/ч, возможна атрибуция источникам

• Гетерогенная экосистема миссий, чувствительных к метану (спектроскопические измерения в диапазоне 1000–2500 нм)
• В зависимости от пространственного разрешения: картирование площадных потоков и съемка точечных источников (Jacob et al., 2022)

​

По состоянию на 2026 год включает:

GHGSat (Canada), Tanager (USA), PRISMA (Italy), EnMAP (Germany), EMIT (USA), GF5-02 AHSI (China), Sentinel-2 (EU), Landsat (USA)

Copernicus Sentinel-5P/TROPOMI (картирование площадных потоков)

Применение №1

Выявление отдельных событий сверхкрупных выбросов и «горячих точек» (ежедневное глобальное наблюдение, очень крупные шлейфы)

Применение №2

Оценка региональных потоков с помощью инверсии моделей атмосферного переноса

• TROPOMI — действующий инструмент, глобальная и ежедневная съемка, но грубое пространственное разрешение

​

2974 super-emission detections during 2021

Schuit et al., ACP, 2021

Varon et al., Integrated Methane Inversion (IMI 1.0)

https://doi.org/10.5194/gmd-15-5787-2022

Глобальная оценка национальных выбросов метана с помощью инверсии спутниковых наблюдений с априорными оценками UNFCCC

Оценка выбросов на уровне стран по данным TROPOMI

East et al., Nat. Comm. 2026

Картирование метана с помощью съемки точечных источников

Неисправный факел,

Permian Basin, NM, USA, 9 Feb 2022

Приборы, измеряющие поглощение метана в диапазоне 1600–2450 нм

Позволяют атрибутировать выбросы конкретным источникам и снижать пороги обнаружения (>100 кг/ч)

Два класса миссий

• Гиперспектральные миссии (GHGSat, EnMAP, PRISMA, ...): разрешение 30 м, средняя чувствительность (очень высокая у GHGSat!), эпизодические съемки, охват 30–60 км, требуется целевое планирование (tasking)
• Мультиспектральные миссии (S-2/Landsat): разрешение 20–30 м, низкая чувствительность, но «мониторинг» благодаря частому и глобальному покрытию

Roger et al.,

IEEE TGRS (2024)

Обнаружение метановых шлейфов миссией EnMAP

• Высокодетальное картирование метана миссией EnMAP (имиджевая спектроскопия, DLR)

​

• Сотни площадок по всему миру обследованы для выявления выбросов метана

�Казахстан: выброс из скважины (well blowout) в 2023 году��

• Крупномасштабное событие выбросов в Казахстане, продолжавшееся с 9 июня по 25 декабря 2023 года
• Крупнейшая задокументированная утечка: ~131 кт метана

​

Guanter et al., ES&TL, 2025

Выбросы метана со свалок

Dogniaux et al., Nature, 2025

• Полигоны/свалки являются важными источниками метана

​

• Ведутся масштабные работы по глобальному мониторингу выбросов метана со свалок с использованием спутниковых данных

Обзор точечных выбросов метана в Туркменистане с использованием TROPOMI и инструментов съемки точечных источников

• Определение «горячих точек» метана (локальные/региональные повышения) на основе анализа данных TROPOMI и других источников
• Исследование отдельных точечных источников с помощью инструментов съемки точечных источников (PRISMA, ZY1, Landsat-8 и Sentinel-2)
• Всего было выявлено 29 точечных источников

​

Irakulis-Loitxate et al., ES&T (2022)

Анализ длинных временных рядов выбросов по данным Landsat

Irakulis-Loitxate et al., ES&T, 2022

UN Environment Programme: IMEO & MARS

Цель International Methane Emissions Observatory (IMEO) при UNEP — стимулировать сокращение выбросов метана на основе прозрачных, основанных на данных подходов.

IMEO включает несколько направлений работы, в том числе Methane Alert and Response System (MARS):

• Использование спутниковых данных для обнаружения, уведомления и запуска мер по снижению выбросов активных источников метана
• Запущено на COP28 (ноябрь 2023)
• Основано на TROPOMI и ряде инструментов для наблюдения шлейфов
• За последние месяцы быстро растет число обнаружений источников и уведомлений о выбросах

→ Сервис IMEO предоставляется заинтересованным сторонам бесплатно: назначенным гос. контактным лицам и компаниям OGMP

​

​

@UNEP/IMEO

• Спутниковая миссия EDF по сбору количественных данных о выбросах метана с упором на нефтегазовый сектор

​

• Запущен в марте 2024 года, прекратил работу в июне 2025 года.

​

• Задумана для закрытия разрыва между съемкой точечных источников и глобальными картами потоков (точечные источники + суммарные выбросы)

​

• Собирала данные по целевым участкам ~200×200 км² по всему миру
• Продукты данных:
• Уровень 1: излучение на верхней границе атмосферы (TOA radiance)
• Уровень 2/3: карты XCH4 (в исходном пространственном разрешении или на сетке)
• Уровень 4: суммарные выбросы (площадные + точечные источники)

​

• Данные доступны через публичный портал, Google Cloud и Google Earth Engine

Миссия MethaneSAT

Продукт MethaneSAT L4 по точечным источникам

• Продукты L2/L3 (карты XCH4, с пространственной сеткой и без нее) формируются для каждой съемки
• Продукты L4 по точечным источникам: формируются для каждой съемки по мере возможности (best-effort)

Продукт MethaneSAT L4 по точечным источникам

• Продукты L2/L3 (карты XCH4, с пространственной сеткой и без нее) формируются для каждой съемки
• Продукты L4 по точечным источникам: формируются для каждой съемки по мере возможности (best-effort)

​

Продукт MethaneSAT по площадным источникам�Выбросы в сетке 4×4 км²�MethaneSAT — единственная система, способная предоставлять высокодетальные карты выбросов�Скриншот с портала данных MethaneSAT�https://portal.methanesat.org��

27-Dec-2024

18

Доступность данных MethaneSAT L4

https://developers.google.com/earth-engine/datasets/publisher/edf-methanesat-ee

https://portal.methanesat.org

Портал MethaneSAT

Google Earth Engine

+ Buckets в Google Cloud для продуктов L1/L2/L3

https://egusphere.copernicus.org/preprints/2025/egusphere-2025-6126/

Интенсивность метана и выбросы в крупнейших нефтегазовых бассейнах (...) по наблюдениям MethaneSAT

(Williams et al, under review)

• Средние карты выбросов для нескольких бассейнов, построенные по данным MethaneSAT L4, включая Amu Darya-UZB

​

• Выбросы оценены через интенсивность метана и сопоставлены с другими оценками�

Интенсивность выбросов метана и выбросы в основных нефтегазовых бассейнах (...) с использованием наблюдений MethaneSAT (Williams et al, в процессе рассмотрения)

https://egusphere.copernicus.org/preprints/2025/egusphere-2025-6126/

• Выбросы в Amu Darya в основном обусловлены O&G и сельским хозяйством

​

• Низкая интенсивность метана при нормировании на добычу газа (утечки)

​

• Высокая интенсивность метана при нормировании на производство энергии (нефть+газ)�

Интенсивность выбросов метана и выбросы в основных нефтегазовых бассейнах (...) с использованием наблюдений MethaneSAT (Williams et al, в процессе рассмотрения)

https://egusphere.copernicus.org/preprints/2025/egusphere-2025-6126/

• Для UZB — относительно хорошее согласие с инвентаризациями
• Основное расхождение — в соотношении O&G и не‑O&G

• За последние годы сформировалась богатая экосистема спутников, чувствительных к метану
• Применения:
• Выявление супер-эмиттеров метана
• Оценка региональных выбросов
• Спутники лежат в основе программы IMEO-MARS по выявлению супер-эмиттеров и рассылке уведомлений (следующая презентация)
• MethaneSAT (EDF) позволяет получать пространственно детализированную информацию о выбросах
• Первое исследование с оценками выбросов для Amu Darya (Узбекистан) доступно онлайн

​

Итоги

Спасибо за внимание!

@UNEP/IMEO

Среднее пространственное разрешение и высокая частота наблюдений: SLSTR, VIIRS, Geostationary�

• Методы извлечения метана Multiband+Multipass, разработанные для S-2 и Landsat, недавно применены к мультиспектральным инструментам «среднего разрешения»
• Пространственное разрешение хуже (~500 м), чем у S-2, но есть ежедневное или субежедневное наблюдение очень крупных шлейфов

Watine-Guiu et al., PNAS (2023)

Pandey et al., RSE (2023)

Целевые зоны MethaneSAT

• Определено более 400 целевых зон (200 км × 200 км)
• Фокус на нефтегазовых бассейнах и сельхозрегионах, но включены и другие категории целей
• Спектрометры «сканируют» цели в течение 30 секунд для формирования спектрального куба данных

Разнообразная экосистема миссий, чувствительных к метану

Картирование площадных потоков (глобально):

• TROPOMI: 7 км/пиксель, глобальное ежедневное покрытие, выбросы >10 т/ч, сложная атрибуция источникам
• Ожидается ряд других миссий, в частности MethaneSAT (~400 м/пиксель, охват 200 км)
• Также ожидаются GOSAT-GW, S-5 и CO2M

Съемка точечных источников (локально):

• Пространственное разрешение ~30 м
• Позволяют атрибутировать источникам и обеспечивают более низкие пороги обнаружения (300–10 000 кг/ч)

Два класса спутниковых миссий

• Спектрометры (GHGSAt, PRISMA, EnMAP, EMIT): средняя–высокая чувствительность, редкие съемки, требуется tasking
• Мультиспектральные инструменты (S-2/Landsat): низкая чувствительность, но «мониторинг» благодаря частому и глобальному покрытию

Jacob et al., ACP, 2022

Обзор точечных выбросов метана в бассейне Permian

• Обработано ~30 гиперспектральных спутниковых изображений (GF5, ZY1, PRISMA)
• 37 plumes with Q>500 kg/h found
• 19 of them from one single overpass of GF5 AHSI

Irakulis-Loitxate, Guanter et al., Science Advances, (2021)

Восстановление концентрации газа из космоса

• Солнечное излучение взаимодействует с газами в атмосфере, и спутниковый прибор измеряет «спектр излучательной яркости» (radiance spectrum)
• Обратная задача: какое количество газа вызывает наблюдаемый спектр? Физические модели воспроизводят поглощение солнечного излучения газами в атмосфере и формируют карты XCH4
• Выделение шлейфов выполняется с помощью supervised-подхода. Основные критерии: согласованность с ветром и отсутствие корреляции со структурами поверхности
• Для отдельных шлейфов оцениваются потоки (Q, кг-CH4/ч); чувствительность ~[100–10 000] кг/ч в зависимости от прибора, типа поверхности и скорости ветра

​

​