МИРОВОЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ДЗЗ ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ ЭМИССИЙ МЕТАНА В АРКТИЧЕСКОМ РЕГИОНЕ

Введение

Метан играет важную климатообразующую роль. Интенсивность естественных источников метана зависит от температуры. Температура воздуха в Арктике растет в два раза быстрее, чем в среднем по земному шару. Нельзя исключить роль метановой положительной обратной связи в потеплении Арктики ни в настоящем, ни в будущем.

Данные сканирующего интерферометра IASI, полученные с помощью спутника METOP-A, позволяют оценить уровень эмиссии метана в Арктике и выявить области с повышенной активностью. Однако из-за недостаточного вертикального температурного контраста над холодной поверхностью суши зимой или пакового льда в течение всего года данные IASI не могут обнаружить метановые выбросы в нижних слоях атмосферы, где они наиболее вероятны. Для более точной оценки метановых выбросов необходимо использовать другие методы, такие как наземные измерения и наблюдения с помощью спутников высокого разрешения. Метан играет важную роль в климатических изменениях, и его эмиссия в Арктике значительно превышает ожидаемый уровень на основе моделей климата и географии.

Обнаружение эмиссий метана при помощи данных ДЗЗ

Метан играет важную роль в климатических изменениях, особенно в Арктике, где его выбросы превышают ожидаемый уровень на основе моделей климата и географии. Для получения данных о содержании метана в атмосфере используются спутниковые измерения, такие как AIRS, IASI, CrIS/Suomi и TANSO/GOSAT, которые позволяют получать информацию как днём, так и ночью, как над морем, так и над сушей. На орбите работают несколько спектрометров/интерферометров, включая AIRS на спутнике Aqua, IASI на европейских спутниках Metop-A и Metop-B, CrIS/Suomi и TANSO/GOSAT[1].

Рисунок 1. Спутник Aqua

Таблица 1. Характеристики спутника

Пример изображения со спутника Aqua представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Изображения со спутника

Так что же принесли данные спутниковых измерений?

Исследования Леонида Николаевича Юрганова, который является специалистом в области дистанционного зондирования, показали, что круглогодичные данныe о метане со спутников над поверхнoстью Северного Ледовитого океана мoгут быть пoлучены благодаря разнице температуры между поверхностью и атмосферой в случаях тонкого льда в течение всего года.

В период с 2007 по 2014 годы cреднегодовые урoвни метана над Баренцевым морем увeличивались, а данные IASI за 2010–2014 годы показали значительные аномалии концентрации метана над Западно-Сибирской низменностью. В Западной Арктике прослеживается втoрой большой участок с увеличенными концентрациями метана. Северный Ледовитый океан может быть выделить до двух третей всего объемa метана, выбрасываемoго в сухoпутной части Арктики к северу от шестидесяти градусов северной широты, а также эмиссия метана обнаруживается и от морей Восточной Арктики[2].

Рисунок 3. Среднегодовая аномалия концентрации метана, усреднённой между поверхностью и высотой 4 км (шкала). МЗА — моря западной Арктики, МВА — моря восточной Арктики, ЗCH — Западно-Сибирская низменность.

Результаты ультразвуковой эхолокации целесообразно сравнить со спутниковыми данными для выявления источника метана. Аномальные концентрации метана были обнаружены с помощью спутников осенью и зимой в районах, где находятся метаногидраты, а также показали, что летом эмиссия метана малосущественна. Газовые гидраты – это кристаллические соединения, которые образуются при высоком давлении и низкой температуре из воды и газа. Молекулы газа, включая метан, плотно зажаты в кристаллах льда. В одном объеме метаногидрата содержится приблизительно 160-180 объемов метана. Метаногидраты, находящиеся под дном Северного Ледовитого океана, содержат по разным оценкам от 30 до 90 000 Гт (миллиардов тонн) метана. Для сравнения: в атмосфере Земли всего около 5,2 Гт метана. Это значит, что даже небольшое освобождение 1% метана, который заключен в метаногидратах, может увеличить глобальную концентрацию данного газа как минимум на 6%, а как максимум – в 180 раз![2]

Рисунок 4. Схема метода эхолокации для обнаружения потоков метана со дна моря (слева) и пример реальной эхограммы, полученной к западу от Шпицбергена (справа). Пузырьки метана, выделяемые метаногидратами со дна, поднимаются вверх (рисунок автора). На эхограмме красным цветом показаны максимальные концентрации пузырьков метана, синим — минимальные. Красная стрелка от поверхности до спутника схематически показывает восходящий поток тепловой радиации, регистрируемой спектрометром.

Концентрация метана, рассчитанная зарубежными учеными

На рисунке показана повышенная концентрация метана в атмосфере Якутии в период пожаров 2014 года, которую рассчитали с помощью алгоритма, разработанного Калифорнийским технологическим институтом.[3]

Рисунок 5. Концентрация метана в атмосферном столбе по данным сенсора AIRS (22 июля 2014 г. 03.41 GMT, 05.23 GMT)

Таким образом, в рамках исследования были сделаны выводы о том, что данные ДЗЗ являются незаменимым источником информации для проведения производственной и исследовательской деятельности в Арктическом регионе при решении проблемы эмиссий метана. С помощью проведения исследования мы узнали, что океан в Арктике выделяет метан в основном осенью-зимой и вдоль пути тёплого Северо-Атлантического течения. А также то, что потоки этого газа в Арктике меняются от года к году, хотя с уверенностью говорить о закономерном возрастании эмиссии пока рано. Продолжение измерений и привлечение модельных расчётов позволят прояснить вопрос о влиянии арктического метана на климат планеты.

1. Официальный сайт AQUA // URL: https://aqua.nasa.gov/ (дата обращения: 15.04.23)
2. Юрганов Л.Н., Лейфер А., Лунд Майр К. Сезонная и межгодовая изменчивость атмосферного метана над морями Северного Ледовитого океана по спутниковым данным // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 107–119. URL: http://jr.rse.cosmos.ru/article.aspx?id=1486 (дата обращения: 05.04.23)
3. Олсен Э.Т. Запускает версию 5 выпуска 2-го уровня стандартного продукта QuickStart // Лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института, Пасадена, 2007. С. 52-59.
4. Юрганов Л.Н., Лейфер А. Оценки эмиссии метана от некоторых арктических и приарктических районов по данным орбитального интерферометра IASI // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 3. С. 173–183. URL: http://jr.rse.cosmos.ru/article.aspx?id=1502 (дата обращения: 05.04.23)
5. Захаров В.И. Исследование устойчивости теплового режима поверхности Земли и расчет параметров атмосферы по ИК спектрам высокого разрешения // Уральский государ- ственный университет им. A.M. Горького, 2009. 315 с. URL: https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/1687/1/urgu0648s.pdf?ysclid=lhzs05hkjj273683758 (дата обращения: 28.03.23)
6. Анисимов О.А., Забойкина Ю.Г, Кокорев В.А., Юрганов Л.Н. Возможные причины эмиссии метана на шельфе морей Восточной Арктики // Лед и Снег. 2014. № 2 (126). C. 69–81. URL: https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/42 (дата обращения: 02.04.23)
7. Киков, Т. И. Использование дистанционного зондирования Земли для мониторинга состояния лесов / Т. И. Киков, Т. Р. Галлямов, Р. Д. Рахимьянов // Мавлютовские чтения : Материалы XVI Всероссийской молодежной научной конференции. В 6-ти томах, Уфа, 25–27 октября 2022 года. Том 5. – Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет, 2022. – С. 869-873. – EDN CEGVEJ.
8. Витвинова, И. И. Информационная система для анализа результатов ЕГЭ поступивших в ВУЗ абитуриентов / И. И. Витвинова // Мавлютовские чтения : Материалы XVI Всероссийской молодежной научной конференции. В 6-ти томах, Уфа, 25–27 октября 2022 года. Том 5. – Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет, 2022. – С. 803-814. – EDN MGWCYP.
9. Демочкин, И. Д. Информационная система поддержки управления отоплением и вентиляцией / И. Д. Демочкин // Мавлютовские чтения : Материалы XVI Всероссийской молодежной научной конференции. В 6-ти томах, Уфа, 25–27 октября 2022 года. Том 5. – Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет, 2022. – С. 832-834. – EDN RGDGCQ.
10. Демочкин, И. Д. Проектирование и использование баз пространственных данных для 3D моделирования / И. Д. Демочкин // Мавлютовские чтения : Материалы XVI Всероссийской молодежной научной конференции. В 6-ти томах, Уфа, 25–27 октября 2022 года. Том 5. – Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет, 2022. – С. 835-838. – EDN AVZHIV.

Все статьи автора «Юдина Ангелина Ильдаровна»