Наблюдение за Землей из космоса: новые спутники будут предоставлять точные карты выбросов

Начиная с 2027 года на орбиту будут выведены новые спутники для измерения CO₂ (миссия CO2M). Изначально планировалось запустить только два аппарата, но моделирование, проведенное специалистами Empa, убедило Европейскую комиссию построить третий спутник. Это значительно улучшит глобальное покрытие: вместо каждых пяти дней парниковые газы — углекислый газ (CO₂) и метан (CH₄) — теперь можно будет измерять по всему земному шару каждые 3,5 дня.

Новые инструменты будут предоставлять комплексные изображения распределения парниковых газов с разрешением в два километра, охватывая целые регионы, а не только узкие полосы измерений, как это делали предыдущие спутники. Это позволит определять выбросы отдельных стран, городов или даже конкретных электростанций с высокой пространственной детализацией.

Миссия CO2M является частью европейской программы наблюдения за Землей Copernicus. Ее разрабатывает Европейское космическое агентство (ESA), а затем передаст для эксплуатации Европейской организации по эксплуатации метеорологических спутников (EUMETSAT). Ее цель — мониторинг антропогенных выбросов CO₂ по всему миру.

Измерения диоксида азота имеют ключевое значение

«Спутники измеряют концентрации парниковых газов и загрязнителей воздуха в атмосфере, но только с помощью сложного моделирования рассеивания мы можем рассчитать выбросы от электростанции, города или даже целой страны», — поясняет Геррит Кульманн из лаборатории Empa «Загрязняющие вещества в воздухе / Экологические технологии».

Чтобы выяснить, какие технологии подходят для такого анализа, несколько лет назад исследователи Empa смоделировали данные измерений CO₂ будущего спутника. Эти компьютерные симуляции, выполненные по заказу ESA, стали решающими для того, чтобы спутники CO2M измеряли не только CO₂, но и диоксид азота (NO₂). Это сочетание имеет решающее значение, поскольку позволяет отделить антропогенные выбросы от природных источников: сжигание угля, нефти и газа всегда производит NO₂ в дополнение к CO₂, в отличие от естественных выбросов CO₂ биосферой.

Сегодня исследователи Empa применяют свои модели к реальным спутниковым данным. Измерения с европейского спутника Copernicus Sentinel-5P демонстрируют надежность метода. Его инструмент TROPOMI обнаруживает выбросы оксидов азота от крупных электростанций в США, например.

«Нам удалось четко идентифицировать шлейфы выбросов от нескольких электростанций и определить их выбросы оксидов азота, — говорит Кульманн. — Электростанции в США обязаны ежедневно отчитываться о своих выбросах, и наши расчеты очень хорошо соответствуют этим отчетам».

Это показывает, что спутники являются надежным инструментом не только для наблюдения за выбросами, но и для их количественной оценки с пространственным разрешением всего в несколько квадратных километров.

Выявление крупных источников выбросов

Исследователи Empa сосредотачиваются не только на регионах с хорошим покрытием данными, таких как Европа и Северная Америка. В рамках европейского проекта CORSO в настоящее время составляется глобальный набор данных о крупных источниках выбросов, таких как угольные, газовые и нефтяные электростанции, цементные заводы, а также предприятия черной металлургии.

Сравнение оценок выбросов оксидов азота на основе общедоступных и коммерческих баз данных с фактическими измерениями TROPOMI уже принесло несколько неожиданностей: некоторые из перечисленных предприятий даже не существуют, в то время как другие отсутствовали в базах данных по выбросам. Во многих странах предположения об используемом топливе также были неверными — например, в случае так называемых двухтопливных электростанций, которые могут работать как на нефти, так и на газе.

«Мы смогли показать, что во многих местах в основном используется газ, что приводит к значительно более низким выбросам оксидов азота, чем предполагалось», — объясняет Кульманн.

Разработанные методы и технологии в будущем также будут применяться к парниковым газам, таким как CO₂. «Сегодня мы уже можем надежно количественно оценивать загрязнители воздуха, такие как оксиды азота, с помощью спутниковых данных. Через несколько лет мы также сможем точно и непрерывно отслеживать крупные источники парниковых газов по всему миру с помощью спутников CO2M», — говорит Кульманн.

Это открывает новую перспективу из космоса, которая детально показывает, действительно ли мир добивается прогресса в смягчении последствий изменения климата.