Мониторинг выбросов парниковых газов является одним из важнейших аспектов борьбы с глобальным потеплением. Метан (CH4) занимает второе место после углекислого газа по влиянию на парниковый эффект, при этом обладает мощным потенциалом воздействия и сравнительно коротким сроком жизни в атмосфере. В последние годы наблюдается значительный рост концентрации метана в атмосфере, что вызывает обеспокоенность климатологов и экологов всего мира. Китай, являясь крупнейшим в мире эмитентом метана, сталкивается с острой необходимостью в точных и надежных методах измерения своих выбросов. В этом контексте миссия TanSat-2 представляет собой значительный прогресс в области спутникового мониторинга и оценки эмиссий метана.
TanSat-2 — второй по счету китайский спутник для наблюдения за газами парникового эффекта, запланированный к запуску в 2026 году. Работающий на орбите среднего радиуса (MEO), спутник рассчитан на широкий охват территории с высокой пространственной разрешающей способностью — в пределах 2 на 2 км. Оборудованный гиперспектральным гратингом и несколькими спектральными полосами, включая зоны поглощения кислорода, углекислого газа и метана, TanSat-2 нацелен на достижение точности измерений атмосферной молекулярной доли сухого воздуха метана на уровне 8 ppb. Это значительно улучшит качество данных по сравнению с существующими спутниковыми системами. Одной из ключевых особенностей TanSat-2 является его способность обеспечивать колоночные измерения среднего значения молекулярной доли метана, известных как XCH4.
Эти данные являются базой для инверсных моделей, позволяющих определить источники и масштабы эмиссий метана на больших территориях. Применение таких моделей позволяет не только оценивать общие бюджеты выбросов, но и выявлять географические регионы с наибольшей интенсивностью эмиссий. Одной из трудностей в спутниковом наблюдении метана является наличие нерегулярных систематических ошибок и пространственно-временных смещений в данных, что осложняет получение точных и сопоставимых результатов. Исследования показывают, что любые необработанные смещения даже в пределах нескольких ppb могут приводить к существенным неправильным оценкам региональных источников. Для преодоления этой проблемы в TanSat-2 предусмотрена интеграция нового поляриметрического датчика, Cloud and Aerosol Polarization Imager (CAPI), который позволит более эффективно корректировать влияния облаков и аэрозолей, улучшая надежность измерений.
Для оценки теоретического потенциала TanSat-2 была проведена серия имитационных экспериментов, так называемых Observing System Simulation Experiments (OSSEs), с использованием комплекса моделей GEOS-Chem и алгоритмов ансамблевого фильтра Калмана. Результаты таких экспериментов свидетельствуют о высокой эффективности новой миссии для снижения неопределенности в оценках эмиссий метана по территории Китая. При достижении целевой точности 8 ppb спутник TanSat-2 потенциально может обеспечить снижение ошибки годовой оценки национальных эмиссий до 2.9% с уменьшением исходной неопределенности почти на 84%. Это позволит достоверно оценивать закрепленный приоритетный уровень выбросов и отслеживать динамику снижения вредных выбросов в рамках климатических целей.
Важно отметить, что эффективность мониторинга в отдельных регионах Китая различается. Наибольшие успехи ожидаются в северо-восточных, центральных, восточных и юго-западных регионах страны, где точность оценки будет держаться на уровне менее 5% отклонения от реальных данных. В то же время южные регионы Китая остаются проблемными из-за частых облачных покрытий и высокого содержания водяного пара, препятствующих спутниковому наблюдению. Такое влияние облачности снижает частоту пригодных для анализа наблюдений, влекущих значительные ошибки оценок — локально до 26%, что является серьезным вызовом. Сравнение с текущими спутниковыми платформами, такими как TROPOMI и GOSAT, показывает преимущества TanSat-2 в плане высокого пространственного разрешения и улучшенного качества данных.
TROPOMI, например, обеспечивает более плотное пространственное покрытие, но по ряду параметров уступает в точности коррекции систематических ошибок. Кроме того, TROPOMI имеет меньше наблюдений в южных и некоторых центральных регионах Китая, что ограничивает его ценность для комплексного мониторинга. TanSat-2 благодаря интеграции поляриметрического инструментария и новой орбитальной конфигурации обладает потенциалом исправить эти пробелы. Однако чувствительность оценок выбросов метана к даже небольшим смещениям XCH4 в данных подчеркивает необходимость привлечения комплексных структур мониторинга. В частности, усиление наземных наблюдений с помощью сетей, таких как Total Carbon Column Observing Network (TCCON) и региональных станций, позволит лучше корректировать спутниковые данные, минимизируя эффект ошибок.
Интеграция наземных и спутниковых данных является ключевой стратегией для повышения надежности и точности глобального мониторинга парниковых газов. Важным ограничением системы TanSat-2 остается невозможность детально отслеживать динамику выбросов с разрешением меньше недели или в рамках небольших региональных подрайонов. Это обусловлено природными и инструментальными ограничениями, а также необходимостью балансировать масштаб и точность — чем мельче масштаб, тем выше риск повышения ошибки из-за временного и пространственного неравномерного охвата. Перспективы внедрения миссии TanSat-2 выходят за рамки научного мониторинга и имеют практическое значение для экологической политики Китая и глобальных инициатив по сокращению выбросов. Возможность получать точные и своевременные данные о метане позволит государственным структурам эффективнее планировать меры по снижению эмиссий, а также контролировать выполнение обязательств в рамках Парижского соглашения.
Кроме того, такие сведения будут способствовать улучшению международной прозрачности и подтверждению достигнутых результатов в области климатической ответственности. В заключение, проект TanSat-2 открывает новую страницу в спутниковом наблюдении за выбросами метана, сочетая высокоточные технологии с инновационными методами обработки данных. Несмотря на вызовы, связанные с неблагоприятными погодными условиями и требованиями к интеграции наземных измерений, миссия имеет значительный потенциал для улучшения понимания эмиссий метана в ключевых регионах Китая. Работа спутника станет важным вкладом в стратегию глобального управления климатом и устойчивого развития, поддерживая усилия по ограничению роста парникового эффекта и предотвращению опасных изменений в атмосфере нашей планеты.
