Satélites permitirão monitoramento global eficaz de metano

Spaceborne methane measurements are revolutionising global understanding of methane emissions and will form the backbone of an emerging global methane observing system.

Why measure methane?

Methane is a powerful greenhouse gas with a far greater global warming potential than carbon dioxide, being over 80 vezes mais potente por tonelada em 20 anos e cerca de 30 vezes mais potente ao longo de 100 anos. As concentrações de metano aumentaram rapidamente desde os tempos pré-industriais e são responsáveis ​​por causar Meio grau (0,5 ° C) do aquecimento global atual (1,1 ° C).  Uma grande parte desse aumento é impulsionada por emissões de alguns setores econômicos, a saber, 384 fossil fuels (35%), waste (20%), and agriculture (40%). 

Para manter a temperatura da Terra abaixo da aspiração de 1,5 ° C do Acordo de Paris, reduções rápidas no metano são urgentemente necessárias de todos os setores acima mencionados. Por esse motivo, 159 países assinaram o Promessa global de metano, um compromisso voluntário de reduzir as emissões globais de metano em pelo menos 30% até 2030 em comparação com os níveis de 2020. O monitoramento de emissões de metano de maneira confiável em todo o mundo é fundamental para ajudar a orientar os esforços de mitigação, estabelecer transparência e responsabilidade e monitorar o progresso em direção às metas declaradas.

Até recentemente, a maior parte de nossa compreensão das emissões globais veio de estudos científicos realizados em uma área geográfica limitada ou inventários de baixo para cima, ou seja, contabilidade de atividades de emissão de metano e fatores de emissão genérica. Embora imensamente útil, eles não podem explicar a variabilidade das emissões de metano e a diversidade de infraestruturas emissoras de metano em diferentes partes do mundo, limitando os esforços de mitigação. Cobertura espacial e temporal ausente do nosso entendimento. Por exemplo, observações de Tropomi, um instrumento de detecção de metano a bordo do satélite Sentinel-5p da UE, permitiram estudos detalhados de emissões regionais em todo o mundo, de

The role of satellites in a global observing system

An increasing number of methane-sensing instruments are orbiting the earth, bringing a broader, more global view of methane emissions and providing the fine spatial and temporal coverage missing from our understanding. For example, observations from TROPOMI, a methane-sensing instrument onboard EU’s Sentinel-5P satellite, have allowed detailed studies of regional emissions around the world, from Continente a City Scale || 430 . Point source imagers, including GHGSat, EMIT, Sentinel-2, PRISMA, EnMAP, and Gaofen 5 have changed our understanding of methane emissions, showing the prevalence of large emissions from “abnormal” operation conditions in oil and gas operations and the persistence of such emissions from other sectors, including coal e Resíduos. Esses instrumentos estão cada vez mais identificando locais com grandes emissões persistentes que podem ser metas econômicas para a mitigação. Impressionante, essas observações foram usadas para impulsionar a mitigação rápida de emissões substanciais anteriormente consideradas, mas fáceis de fixar, da Oil e Indústria de gás. 

Combinando seus pontos fortes, esses satélites estão melhorando nossa capacidade de combater as emissões de metano. As observações de satélite dos fluxos de emissão de grandes áreas estão destacando deficiências e lacunas de conhecimento nos inventários de emissões existentes e estão orientando os esforços para melhorar nossa compreensão de áreas específicas de alta emissão. Ao comparar as emissões regionais, essas observações também estão ajudando a medir o impacto de diferentes práticas e regulamentos de produção de combustíveis fósseis nas emissões de metano e podem sustentar o desenvolvimento da regulamentação e os acordos comerciais. As observações de satélite na escala da instalação podem ajudar a identificar grandes eventos de emissão e impulsionar a mitigação rápida. Eles também podem atribuir emissões a diferentes operadores e, assim, destacar como diferentes práticas operacionais podem afetar as emissões. Se houver observações suficientes disponíveis, essas observações no nível da instalação podem ser usadas para verificar a validade das emissões de instalações relatadas, aumentando a transparência e ajudando a aplicar a conformidade com os regulamentos. A escolha da tecnologia depende do contexto específico. Freqüentemente, um sistema de observação de várias camadas-uma combinação de diferentes métodos de medição-é necessário para obter uma compreensão abrangente das emissões e gerar ação eficaz. Os satélites, com seu alcance global e relação com relação com relação relativa, são bem adequados para servir como o espinha dorsal desse tipo de sistema de observação. aplicativo. Se o objetivo é fornecer observações independentes e de cima para baixo para validar e refinar as emissões relatadas, é necessária uma cobertura frequente de satélite sobre grandes regiões. Para detectar grandes emissões anormais de alguns locais para apoiar a contabilidade de metano, o monitoramento de satélite em escala de instalação pode ser suficiente. No entanto, se o objetivo é apoiar a mitigação de emissões, as observações de satélite devem ser complementadas pelas ferramentas de monitoramento local capazes de identificar a fonte exata de emissões dentro de uma instalação. Por exemplo, se as emissões devem ser intermitentes, o sistema deve prever observações regulares para capturar eventos raros. Pelo contrário, se forem esperadas emissões relativamente constantes, observações menos frequentes podem ser suficientes. 

Designing an effective methane observation strategy

No single technology can capture all methane emissions effectively. The choice of technology depends on the specific context. Often, a multi-tiered observing system—a combination of different measurement methods—is required to gain a comprehensive understanding of emissions and to drive effective action. Satellites, with their global reach and relative cost-effectiveness, are well suited to serve as the backbone of this type of observing system.

Here are a few aspects that should be considered when designing such a system.

Purpose of methane monitoring: No observing system can capture all aspects of methane emissions, so designers should aim to collect data fit for their intended application. If the goal is to provide independent, top-down observations to validate and refine reported emissions, frequent satellite coverage over large regions is needed. For detecting large abnormal emissions from a few sites to support methane accounting, facility-scale satellite monitoring may be sufficient. However, if the aim is to support emission mitigation, satellite observations must be complemented by local monitoring tools capable of pinpointing the exact source of emissions within a facility.

Methane source characteristics:  An observing system needs to be adapted to the sources it aims to monitor. For example, if emissions are expected to be intermittent, the system should foresee regular observations to capture rare events. On the contrary, if relatively constant emissions are expected, less frequent observations might be enough. 

Condições ambientais: Como este relatório demonstra, fatores ambientais, incluindo cobertura de nuvens e ventos fortes, afetam a eficácia da detecção de metano por satélite. A extensão desses impactos varia de acordo com o local e a época do ano. Todas as técnicas de medição serão afetadas (de diferentes maneiras) por condições ambientais, portanto o sistema de observação deve ser adaptado a essas restrições locais. 

Disponibilidade e Técnicas de Custo de Medição: Todo sistema de observação deve ser otimizado para fornecer o máximo benefício possível, dada a restrição dos recursos disponíveis. A disponibilidade e o custo de várias tecnologias de observação variam bastante entre as regiões; Além disso, os recursos financeiros e a capacidade das partes interessadas variam muito em todo o mundo. O design de cada sistema de observação deve levar isso em consideração.  Por exemplo:

Environmental constraints on satellite methane monitoring 

This report aims to show that, despite the huge value they offer, satellites will be less effective in monitoring  methane in some locations, as environmental conditions will not allow them to reach every part of the world with the consistency and frequency needed to fully inform global mitigation efforts.  For example: 

• A cobertura persistente de nuvens reduzirá a cobertura de dados de satélite em regiões tropicais; 
• Durante os meses de inverno, com o sol permanecendo baixo acima do horizonte, as altas latitudes permanecerão relativamente pouco iluminadas, privando os sensores da luz necessária para observar efetivamente o metano, aumentando seu limiar de detecção já grande; 
• ventos fortes e superfícies escuras, como florestas, podem dificultar a observar eventos de emissão de grandes; 
• rough terrain in mountain regions will make the interpretation of some satellite measurements harder or impossible, creating a year-round obstacle for reliable methane observations in these areas. 

Obviamente, a diversidade de instrumentos espaciais significa que esses fatores afetarão suas capacidades de maneira diferente e, até certo ponto, um sistema de observação que combina vários sensores espaciais aumentará a observabilidade das emissões de metano em muitas partes do mundo. Ainda assim, os desafios ambientais combinados podem resultar em áreas com cobertura de dados reduzida em determinadas regiões. Para fazer isso, examinamos o efeito combinado de cinco parâmetros: cobertura de nuvens, elevação solar, refletividade do solo, terreno irregular e velocidade do vento. Este relatório mostra onde deve -se esperar que um ou mais desses parâmetros impedam algumas observações de satélite durante partes significativas do ano. Em muitos casos, esses locais podem ser observados, mas os dados nesses locais estarão menos disponíveis-eles estarão disponíveis apenas a partir de um subconjunto de satélites observadores de metano e/ou apenas disponíveis em uma base frequente. Ao mapear esses efeitos, pretendemos ajudar governos, academia e outras partes interessadas a criar expectativas realistas da disponibilidade de dados de satélite em sua região e, finalmente, planejam sistemas integrados de observação de metano.

In this report we map the regional effects of the various environmental parameters that impact methane sensing from space. To do that, we examine the combined effect of five parameters: cloud cover, sun elevation, ground reflectivity, uneven terrain, and wind speed. This report shows where one or more of these parameters should be expected to hinder some satellite observations during significant portions of the year. In many cases, these locations can be observed, but data in those locations will be less available – it will only be available from a subset of methane-observing satellites, and/or only available on an infrequent basis. By mapping these effects, we aim to help governments, academia, and other stakeholders build realistic expectations of satellite data availability in their region and ultimately plan for integrated methane observing systems.