​科学家破解气象卫星数据来量化甲烷泄漏

几十年来，距地球表面 22,200 多英里的卫星一直在捕捉风暴和天气数据。现在，科学家们基本上已经破解了返回的数据，用于另一个目的：发现甲烷排放。

这项创新可能会对无法或不愿意停止大量甲烷排放的化石燃料运营商产生深远的影响，因为它允许研究人员每五分钟观察一次排放量并估算排放总量。该方法利用美国国家海洋和大气管理局的地球静止运行环境卫星(GOES)的短波红外观测，可以探测到每小时约数十吨或更大的大型排放事件。

卫星通过分析太阳光从地球反射的方式来观察太空中的甲烷浓度。当光穿过气体云时，其强度在某些波长上会减弱。甲烷吸收电磁波谱的短波红外部分的光。尽管 GOES 系统不是为检测甲烷而设计的，但其传感器包含短波红外通道，旨在观察积雪和热点等情况。

这项新技术已经被地质分析公司和科学家用来量化北美的主要排放事件。Kayrros SAS 使用该方法估计，一条化石天然气管道被农民使用挖掘机破裂后，向大气中喷出了约 840 吨甲烷。

这与天然气运营商 Williams Cos. 所说的泄漏量 5090 万立方英尺非常接近，相当于约 900 吨甲烷。该事件的短期气候影响大致相当于 17,000 辆美国汽车的年排放量。

这种新方法去年由哈佛大学的科学家首次实施，可实现近乎连续的实时覆盖，并与目前用于探测甲烷的所有其他卫星形成鲜明对比，这些卫星位于近地轨道并拍摄图像它们以每小时 17,000 英里左右的速度绕地球飞行，科学家只能估算排放率。

哈佛大学大气化学建模小组研究员丹尼尔·瓦伦 (Daniel Varon) 于 2022 年首次提出了这一概念，他表示：“GOES 可以探测到其他卫星错过的短暂释放，并且可以追踪分离羽流的来源。”量化总释放质量和持续时间，而不仅仅是排放率的瞬时估计。”

这项创新是在应对气候变化的关键时刻推出的，因为在经历了有记录以来最热的一年和连续九个月的月度气温创历史新高之后，各国政府面临着采取积极行动的压力。化石燃料是人类活动产生的第二大甲烷排放源，仅次于农业。大多数政策制定者和科学家表示，减少石油、煤炭和天然气的意外泄漏和故意泄漏是短期内降低气温的最快、最便宜的方法。

超过 150 个国家已加入“全球甲烷承诺”，并誓言到本十年末将温室气体排放量在 2020 年的基础上减少 30%。去年在迪拜举行的 COP28 上，50 家石油和天然气公司承诺阻止甲烷排放，其中包括埃克森美孚公司和沙特阿拉伯国家石油公司。

这一突破是哈佛大学、西班牙巴伦西亚理工大学和联合国国际甲烷排放观测站的一组年轻科学家取得的一系列突破中的最新成果，这些突破迅速提高了研究人员使用各种技术发现泄漏的能力。卫星最初并不是为追踪甲烷而设计的。

玛丽亚说，这项创新技术“显示了甲烷排放检测和量化的步伐正在加快，最重要的是，凸显了利用已部署的现有技术/卫星来改进检测和量化并解决甲烷排放随时间变化的潜力。” ——奥利维亚·托尔恰 (Olivia Torcea)，彭博新能源财经 (BloombergNEF) 分析师。

尽管近地轨道卫星可以覆盖地球的大部分地区，但它们经过给定位置的频率可能是 24 小时或更长时间。由于它们的轨道高度要低得多，因此它们的传感器通常可以提供更高的分辨率，并且可以识别比 GOES 系统小得多的泄漏。然而，观测频率的差距意味着科学家通常只能估计仪器的排放率。

GOES 系统也存在局限性，该系统覆盖美洲和西非部分地区。哈佛大学的科学家们还与欧洲和日本航天机构的研究人员合作，看看该技术是否可以应用于 Meteosat 第三代和 Himawari 8 卫星任务。

Marc Watine Guiu 是哈佛大学的一名访问硕士生，去年他使用 GOES 进行了首次甲烷观测，并与 Varon 和 IMEO 科学家 Itziar Irakulis Loitxate 合作撰写了一篇论文，该论文于12月发表在PNAS上，描述了该方法。科学家们对墨西哥运输化石天然气的埃尔恩西诺-拉拉古纳管道的甲烷泄漏进行了量化。

至关重要的是，这一突破可能会加强监管机构的努力，让化石燃料排放者对世界上一些最具破坏性和可避免的排放负责，而这些排放历来都是由运营商自行报告的。

哈佛大学的瓦伦说：“我们在地球静止轨道上拥有的一项独特能力是量化大规模释放的总持续时间和甲烷质量。” “利用这项技术，可以审核有关大量甲烷排放的行业报告。”

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