TROPOMI:Επόμενης Γενιάς Παγκόσμιας Κλίμακας Δεδομένα Ατμοσφαιρικής, Άνθρακα και Κλίματος

Η διεθνής επιστημονική κοινότητα μελετά την κλιματική αλλαγή και τις αυξήσεις στις ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα (CO2) εδώ και δεκαετίες. Λιγότερη προσοχή λαμβάνει το μεθάνιο (CH4), το οποίο εκπέμπεται με πολύ χαμηλότερους ρυθμούς από το CO2, αλλά ωστόσο είναι 25 φορές πιο ισχυρό από το CO2 για την παγίδευση θερμότητας στην ατμόσφαιρα.

Λαμβάνοντας υπόψη τους ρυθμούς εκπομπών και την ισχύ, το CH4 είναι ο δεύτερος πιο σημαντικός παράγοντας στο ενισχυμένο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η πιο πρόσφατη τεχνολογία τηλεπισκόπησης, που αναπτύχθηκε στο διάστημα τον Οκτώβριο του 2017, μας δίνει τη δυνατότητα να υπολογίζουμε τις συγκεντρώσεις πολλών ατμοσφαιρικών αερίων (π.χ. συγκεντρώσεις CH4) σε υψηλές χρονικές και χωρικές αναλύσεις. Με αυτά τα δεδομένα ανοιχτής πρόσβασης, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να μειώσουν τις αβεβαιότητες στις ατμοσφαιρικές μεταβλητές και να αναπτύξουν πιο χρήσιμα ατμοσφαιρικά και κλιματικά μοντέλα. Ας εξερευνήσουμε κάποιο υπόβαθρο σχετικά με τις συγκεντρώσεις, τις εκπομπές και τη βελτιωμένη ικανότητά μας για παρακολούθηση και μοντελοποίηση του CH4 στην ατμόσφαιρα.

Η μεθανογένεση ή βιομεθανίωση είναι μια φυσική διαδικασία κατά την οποία τα μικρόβια, γνωστά ως μεθανογόνα, παράγουν μεθάνιο. Αρκετές φυσικές διεργασίες παράγουν (δηλαδή εκπέμπουν) CH4, συμπεριλαμβανομένης της αναερόβιας αποσύνθεσης της οργανικής ύλης, της εντερικής ζύμωσης στα ζώα και της αποσύνθεσης των ζωικών αποβλήτων. Ωστόσο, οι ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις του CH4 έχουν αυξηθεί από μια προβιομηχανική τιμή (~1750) περίπου 700 ppb σε περίπου 1.834 ppb το 2015, κάτι που αποτελεί ισχυρό δείκτη ότι η ανθρώπινη δραστηριότητα επηρεάζει τις συγκεντρώσεις CH4 στην ατμόσφαιρα.

Η Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC) αναφέρει ότι λίγο περισσότερο από το ήμισυ της τρέχουσας ροής CH4 στην ατμόσφαιρα είναι ανθρωπογενές με μεθανογένεση που συμβαίνει σε γεωργικές δραστηριότητες, επεξεργασία λυμάτων, χώρους υγειονομικής ταφής, ορισμένες βιομηχανικές διεργασίες και χρήση γης, αλλαγή χρήσης γης και δασοκομία (LULUCF). Οι ανθρωπογενείς εκπομπές CH4 συνδέονται επίσης με τις εργασίες πετρελαίου, την εξόρυξη άνθρακα και την ατελή καύση. Λόγω της αύξησης του ρυθμού εκπομπών CH4 κατά 5 ppb/έτος, είναι σημαντικό να βελτιώνεται συνεχώς η παρακολούθηση των τάσεων για να επαληθεύεται ότι οι πολιτικές, όπως αυτές στο πλαίσιο της IPCC, είναι αποτελεσματικές για τον έλεγχο και τη μείωση των εκπομπών στην ατμόσφαιρα.

Μέθοδοι από κάτω προς τα πάνω και από πάνω προς τα κάτω για την εκτίμηση των εκπομπών μεθανίου:

Οι ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις εκτιμώνται σε μονάδες ισοδυνάμου CO2 με μεθόδους "από κάτω προς τα πάνω" που υπολογίζουν τις εκπομπές μεθανίου ως το γινόμενο του ρυθμού δραστηριότητας (π.χ. αριθμός γεωτρήσεων αερίου που πραγματοποιήθηκαν) και των συντελεστών εκπομπής ανά μονάδα δραστηριότητας (π.χ. εκπομπή μεθανίου ανά φρεάτιο διάτρητος). Οι αξιολογήσεις «από πάνω προς τα κάτω» χρησιμοποιούν ατμοσφαιρικά μέτρα για την ποσοτικοποίηση των εκπομπών. Οι απομακρυσμένοι αισθητήρες (π.χ. μετρήσεις από δορυφόρους) χρησιμοποιούνται για παγκόσμια κάλυψη, ενώ οι μετρήσεις υψηλής συχνότητας των αερίων του θερμοκηπίου σε σταθμούς εδάφους και μεγάλου υψομέτρου συνδυάζονται με τη μοντελοποίηση «εδάφους-αλήθεια» από πάνω προς τα κάτω των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου μεγάλης κλίμακας.

Δορυφορικοί αισθητήρες, όπως το όργανο European Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography (SCIAMACHY) και ο δορυφόρος παρατήρησης αερίων θερμοκηπίου της Ιαπωνίας (GOSAT), έχουν χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της ανακλώμενης ηλιακής ενέργειας και τη χαρτογράφηση ατμοσφαιρικών συγκεντρώσεων μεγάλης κλίμακας αερίων που περιέχουν άνθρακα. .

ΤΡΟΠΟΜΗ:

Το TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI) χρησιμοποιεί ένα φασματόμετρο για να καταγράφει την άμεση και ανακλώμενη (από τη Γη) ηλιακή ενέργεια σε διαφορετικά μήκη κύματος, συμπεριλαμβανομένων των υπεριωδών, ορατών, κοντινών υπέρυθρων και μικρού μήκους κύματος. Μια σύγκριση των άμεσων έναντι των ανακλώμενων αποκαλύπτει ποια αέρια υπάρχουν στην ατμόσφαιρά μας και σε ποιες ποσότητες. Το TROPOMI χρησιμοποιεί καθρέφτες υψηλής ποιότητας για να παράγει ακριβείς εικόνες υψηλής ανάλυσης για την ποιότητα του αέρα σε ολόκληρη τη Γη.

Απόδοση του δορυφόρου Sentinel-5 Precursor (55p) με το ωφέλιμο φορτίο TROPOMI, όπου το TROPOMI θα ανιχνεύσει το όζον, μεθάνιο, φορμαλδεΰδη, αεροζόλ, μονοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του αζώτου και διοξείδιο του θείου. Φωτογραφία από SkywalkerPL από https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page

Το TROPOMI εκτοξεύτηκε τον Οκτώβριο του 2017 και βρίσκεται στον δορυφόρο Copernicus Sentinel-5 Precursor (S5p), ο οποίος είναι ο πρώτος Sentinels ατμοσφαιρικής σύνθεσης. Για περίπου ένα μήνα μετά την εκτόξευση, η ΤΡΟΠΟΜΗ υποβαλλόταν σε διαδικασία «ανόπτησης», κατά την οποία οι υδρατμοί και τα πτητικά που απελευθερώνονταν κατά την εκτόξευση απομακρύνονταν με τη χρήση θερμαντικών στοιχείων. Πιθανώς, το S5p και το TROPOMI βρίσκονται τώρα σε τροχιά σε απόσταση περίπου 800 χιλιομέτρων από τη Γη.

Ο δορυφόρος θα έχει θερμοκρασίες που κυμαίνονται από περίπου -130 βαθμούς Κελσίου έως +130 βαθμούς Κελσίου. Μερικοί από τους ανιχνευτές που καταγράφουν εικόνες αναμένεται να χαλάσουν και τα εικονοστοιχεία μπορεί να σταματήσουν να λειτουργούν με την πάροδο του χρόνου, αλλά η αναμενόμενη διάρκεια ζωής είναι επτά χρόνια. Κατά τη διάρκεια της λειτουργικής του ζωής, η TROPOMI θα παρατηρεί καθημερινά παγκόσμιες συγκεντρώσεις στηλών CH4 σε υψηλή χωρική ανάλυση της τάξης των δύο οικοδομικών τετραγώνων (7 km επί 7 km) και επαρκή ακρίβεια για τη διευκόλυνση της αντίστροφης μοντελοποίησης πηγών και καταβόθρων. Δεδομένα από το επίγειο δίκτυο παρακολούθησης στήλης άνθρακα (TCCON) θα χρησιμοποιηθούν για την επαλήθευση και την επικύρωση του TROPOMI.

Οι αισθητήρες στο TROPOMI είναι συμπαγείς, αξιόπιστοι και ελαφροί με βυθισμένη σχάρα (φως που ανακλάται από την ατμόσφαιρα της γης με άμεσο ηλιακό φως χρησιμοποιώντας καθρέφτες) και οπτικά ελεύθερης μορφής ως βασικές καινοτομίες. Αυτές οι τεχνολογίες, που σχεδιάστηκαν από το Ολλανδικό Ινστιτούτο Διαστημικής Έρευνας, μειώθηκαν σαράντα φορές σε σύγκριση με τους προκατόχους τους, ενώ ενίσχυσαν την ακρίβεια και την ποιότητα της εικόνας. Τα δεδομένα που συλλέγει η TROPOMI θα διατεθούν σε κοινότητες χρηστών επιστημονικών και εκπαιδευτικών δεδομένων σε όλο τον κόσμο μέσω του Copernicus Open Access Hub.