الجغرافيا

رسم خرائط الميثان: إطلاق القمر الصناعي ميثان سات والقيود المفروضة على بيانات الأقمار الصناعية


الميثان (CH₄) هو غاز دفيئة قوي، ويأتي في المرتبة الثانية بعد ثاني أكسيد الكربون (CO₂) في مساهمته في ظاهرة الاحتباس الحراري. على الرغم من عمره القصير نسبيا في الغلاف الجوي (حوالي عقد من الزمن مقارنة بقرون بالنسبة لثاني أكسيد الكربون)، فإن الميثان لديه قدرة ارتفاع حرارة تزيد عن 80 مرة مقارنة بثاني أكسيد الكربون على مدى فترة 20 عاما.

وهذا يجعل التتبع الدقيق لانبعاثات غاز الميثان والحد منها أمرًا بالغ الأهمية لإبطاء تغير المناخ. إن التطورات الحديثة في رسم خرائط الميثان، مدفوعة بتقنيات الأقمار الصناعية الجديدة والأساليب التحليلية المحسنة، تعمل على تغيير الطريقة التي يحدد بها العلماء الانبعاثات وقياسها الكمي. ومع ذلك، فإن المراقبة عبر الأقمار الصناعية تأتي أيضًا مع قيود، مما يستلزم اتباع نهج متعدد المصادر لتتبع غاز الميثان بشكل شامل.

التحدي التاريخي لانبعاثات الميثان

تنشأ انبعاثات غاز الميثان من مصادر طبيعية ومن صنع الإنسان. وتشمل المصادر الطبيعية الرئيسية الأراضي الرطبة، التي تمثل حوالي 30% من الانبعاثات العالمية. على الجانب البشري، تعد الزراعة، وخاصة تربية الماشية، وتحلل مدافن النفايات، واستخراج الوقود الأحفوري، أكبر المساهمين. وعلى عكس ثاني أكسيد الكربون، الذي ينتشر بشكل منتظم في الغلاف الجوي، يشكل الميثان أعمدة مركزة يصعب اكتشافها وقياسها بدون أدوات متقدمة.

بقرة سوداء وبنية في مرعى عشبي.
تعتبر الانبعاثات الناتجة عن تربية الماشية مصدرًا رئيسيًا لغاز الميثان. الصورة: كيتلين ديمبسي.

تاريخيًا، اعتمدت مراقبة انبعاثات غاز الميثان بشكل كبير على أجهزة الاستشعار الأرضية والطائرات، والتي قدمت بيانات محلية ولكنها غير كاملة. وهذا جعل من الصعب تحديد مصادر الانبعاثات واسعة النطاق أو تتبع التسربات المفاجئة من المنشآت الصناعية.

لقد ساهمت التطورات الأخيرة في تكنولوجيا الأقمار الصناعية في تعزيز قدرتنا بشكل كبير على اكتشاف ورصد انبعاثات غاز الميثان، وهو أحد الغازات الدفيئة القوية التي تساهم في تغير المناخ. وتوفر هذه التطورات تغطية عالمية شاملة ودقة مكانية محسنة، مما يتيح التحديد الدقيق لمصادر الانبعاثات.


نشرة إخبارية أسبوعية مجانية

املأ عنوان بريدك الإلكتروني لتلقي نشرتنا الإخبارية!


بإدخال عنوان بريدك الإلكتروني فإنك توافق على تلقي رسائلنا الإخبارية وتوافق على سياسة الخصوصية الخاصة بنا.
يمكنك إلغاء الاشتراك في أي وقت.




دور التصوير الفائق الطيفي

تستخدم الأقمار الصناعية مثل MethaneSAT وSentinel-5P وGHGSat التصوير الفائق الطيفي لالتقاط البيانات التفصيلية عبر أطوال موجية مختلفة. يمتص الميثان ضوء الشمس في نطاقات محددة من الأشعة تحت الحمراء، مما يسمح لهذه الأقمار الصناعية بقياس أنماط الامتصاص وتحديد تركيزات الميثان.

خريطة العالم تظهر انبعاثات غاز الميثان من الوقود الأحفوري.خريطة العالم تظهر انبعاثات غاز الميثان من الوقود الأحفوري.
خريطة العالم توضح انبعاثات الميثان من الوقود الأحفوري (استغلال النفط والغاز والفحم)، 2016. الخريطة: ناسا تستخدم بيانات من الجرد العالمي لانبعاثات الميثان من استغلال الوقود (GFEI_CH4).

حدود رسم خرائط الميثان عبر الأقمار الصناعية

في حين أحدثت تكنولوجيا الأقمار الصناعية ثورة في الكشف عن غاز الميثان على مستوى العالم، إلا أنها لم تكن خالية من القيود. إن الاعتماد فقط على الأقمار الصناعية لرصد غاز الميثان يمكن أن يخلق فجوات وأخطاء بسبب التحديات التالية:

1. التدخل الجوي يعتمد اكتشاف الميثان على مراقبة أنماط امتصاص الأشعة تحت الحمراء، لكن العوامل الجوية مثل السحب وبخار الماء والهباء الجوي يمكن أن تعيق أجهزة استشعار الأقمار الصناعية. يمكن للغطاء السحابي، على وجه الخصوص، أن يقلل من القدرة على التقاط قياسات متسقة في مناطق معينة، مثل المناطق الاستوائية أو خلال مواسم الرياح الموسمية.

2. التحديات على المسطحات المائية يشكل قياس انبعاثات غاز الميثان فوق المسطحات المائية تحديًا فريدًا للأقمار الصناعية. تعكس الأسطح المائية ضوء الشمس بشكل مختلف عن الأرض، مما يتداخل مع إشارات امتصاص الأشعة تحت الحمراء التي تستخدمها الأقمار الصناعية للكشف عن غاز الميثان. وهذا يجعل من الصعب التمييز بين أعمدة الميثان والإشارات الخلفية فوق البحيرات والأنهار والمحيطات. بالإضافة إلى ذلك، قد يتم التقليل من أهمية انبعاثات غاز الميثان من مصادر مثل منصات النفط البحرية أو التسربات الطبيعية أو تفويتها بالكامل إذا كانت دقة القمر الصناعي أو قدرات الكشف غير كافية

3. قيود القرار المكاني في حين أن الأقمار الصناعية الحديثة تقدم دقة محسنة، إلا أنها قد لا تزال تواجه صعوبات في تحديد مصادر الانبعاثات صغيرة الحجم أو محلية للغاية. على سبيل المثال، قد لا يتم اكتشاف تسرب غاز الميثان من منشآت النفط والغاز الأصغر حجمًا أو المناطق الزراعية المعزولة ما لم يتم دمجه مع أجهزة استشعار أرضية أو محمولة جواً.

4. القيود الزمنية توفر الأقمار الصناعية قياسات دورية، والتي قد تفوت الانبعاثات قصيرة العمر أو المتقطعة. تقوم بعض الأقمار الصناعية بإعادة زيارة نفس الموقع مرة واحدة فقط كل بضعة أيام، مما يجعل من الصعب مراقبة التغيرات السريعة، مثل الإطلاقات المفاجئة لغاز الميثان بسبب فشل خطوط الأنابيب.

5. متطلبات التحقق يجب التحقق من صحة بيانات الأقمار الصناعية من خلال القياسات المأخوذة من الأرض أو الطائرة لضمان الدقة. توفر أجهزة الاستشعار الأرضية بيانات مهمة وعالية الدقة يمكنها معايرة وتأكيد عمليات رصد الأقمار الصناعية. وبدون هذا التحقق، قد تنتج قياسات الأقمار الصناعية نتائج إيجابية كاذبة أو تقلل من تقدير الانبعاثات.

6. فجوات التغطية تشكل بعض المناطق، مثل البيئات الحضرية الكثيفة أو مناطق الغابات الكثيفة، تحديات أمام اكتشاف غاز الميثان بسبب العوائق المادية أو انعكاس سطح الأرض. وتحد فجوات التغطية هذه من قدرة الأقمار الصناعية على توفير بيانات عالمية كاملة.

تعزيز رسم خرائط الميثان من خلال نهج متعدد المصادر

للتغلب على القيود المفروضة على بيانات الأقمار الصناعية فقط، يدعو العلماء إلى اتباع نهج متعدد المصادر لرسم خرائط الميثان. ومن خلال الجمع بين عمليات رصد الأقمار الصناعية وأجهزة الاستشعار الأرضية، ومسوحات الطائرات، والتحليل القائم على الذكاء الاصطناعي، يمكن للباحثين تحقيق فهم أكثر شمولاً لانبعاثات الميثان.

رجل يحمل جهاز قياس أمام أنبوب من بئر في منطقة ترابية.رجل يحمل جهاز قياس أمام أنبوب من بئر في منطقة ترابية.
قياس انبعاثات غاز الميثان من بئر في مقاطعة تول، مونتانا. الصورة: نيك جيانوتسوس، هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، المجال العام.

حديثة طبيعة توصي مقالة عالمة الفيزياء الفلكية لورنا فينمان بأن تقوم أنظمة مراقبة الميثان بدمج البيانات من منصات مختلفة لتحقيق التوازن بين التغطية العالمية والدقة المحلية. يعد الجمع بين قياسات الأقمار الصناعية في الوقت الفعلي والتحقق من الصحة على الأرض أمرًا مهمًا بشكل خاص لتحديد وتخفيف بواعث الميثان الفائقة بشكل فعال.

أجهزة الاستشعار الأرضية توفير بيانات محلية مستمرة تكمل قياسات الأقمار الصناعية. يمكن لشبكات كاشفات الميثان المثبتة بالقرب من حقول النفط والغاز والمناطق الزراعية ومدافن النفايات تحديد نقاط الانبعاثات الساخنة التي لا ترصدها الأقمار الصناعية.

المسوحات القائمة على الطائرات توفر المرونة والقياسات عالية الدقة، خاصة للكشف عن التسريبات صغيرة الحجم أو المتقطعة. يمكن للطائرات المجهزة بأجهزة استشعار للكشف عن غاز الميثان أن تطير فوق مناطق محددة للتحقق من صحة بيانات الأقمار الصناعية وتوفير تغطية إضافية.

سد فجوة الميثان

ورغم أن التقدم في رسم خرائط غاز الميثان باستخدام الأقمار الصناعية كبير، فإن القيود التي تعترضه تسلط الضوء على الحاجة إلى أنظمة مراقبة متكاملة. إن الجمع بين الأقمار الصناعية والقياسات الأرضية والمحمولة جواً يضمن قدرًا أكبر من الدقة والتغطية. يسمح هذا النهج متعدد المصادر للعلماء بسد فجوة الميثان – التناقض بين الانبعاثات المبلغ عنها والفعلية – واستهداف المصادر ذات الانبعاثات العالية بشكل أكثر فعالية.

مراجع

فينمان، ل. (2024). ولرصد انبعاثات غاز الميثان، ادمج الأقمار الصناعية مع القوات الأرضية. طبيعة. دوى: 10.1038/d41586-024-03987-x

Schuit, BJ, Maasakkers, JD, Bijl, P., Mahapatra, G., Van den Berg, AW, Pandey, S., … & Aben, I. (2023). الكشف الآلي ورصد بواعث غاز الميثان الفائقة باستخدام بيانات الأقمار الصناعية. مناقشات كيمياء الغلاف الجوي والفيزياء, 2023، 1-47. دوى: 10.5194/acp-23-9071-2023

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى