加拿大溫室氣體監(jiān)測(cè)公司GHGSat的第二顆溫室氣體監(jiān)測(cè)衛(wèi)星“Iris”（愛(ài)麗絲）擬由Vega火箭于美洲時(shí)間28日晚發(fā)射升空（圖1）（EDT: 9:51pm, 28/06/ 2020），該衛(wèi)星將用于甲烷泄露的監(jiān)控[1]，實(shí)現(xiàn)在任何選定的設(shè)施周圍的12公里乘12公里的視野內(nèi)檢測(cè)甲烷的排放量和豐度。由于當(dāng)?shù)靥鞖庠蚓唧w時(shí)間有可能會(huì)調(diào)整，但火箭發(fā)射的準(zhǔn)備工作已經(jīng)全部就緒。

圖1 “Iris”甲烷監(jiān)測(cè)衛(wèi)星（重量16kg，體積20cm x 30cm x 40cm，來(lái)源：GHGSat）

“Iris”是GHGSat公司發(fā)射的第二顆溫室氣體監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，早在2016年6月，第一顆溫室氣體監(jiān)測(cè)衛(wèi)星“Claire”就已成功發(fā)射?！癈laire”是通過(guò)氣體吸收特定波長(zhǎng)的光，為每種氣體創(chuàng)造出“光譜指紋”，利用陽(yáng)光找到這些“指紋”，并測(cè)量這些其亮度，以確定在衛(wèi)星的視野中有多少該氣體存在[2]?！癈laire”實(shí)現(xiàn)了針對(duì)目標(biāo)設(shè)施的二氧化碳和甲烷排放量的監(jiān)測(cè)，并每隔兩周對(duì)有關(guān)設(shè)施再進(jìn)行檢查。而此次發(fā)射的“Iris”衛(wèi)星主要針對(duì)甲烷泄露，在“Claire”的基礎(chǔ)上提高了分辨率，達(dá)到了“Claire”十倍以上的性能，使得“Iris”可以發(fā)現(xiàn)更小的甲烷泄露，并更準(zhǔn)確地追蹤其來(lái)源。

目前已有研究表明，甲烷對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)率約占18[LX1] %[3]。盡管甲烷的生命周期短于二氧化碳，但由于其吸收熱量的效率大于二氧化碳，其在短期內(nèi)氣候的破壞可能更大[4]。在甲烷釋放后的最初20年里，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的84倍[5]。根據(jù)全球甲烷倡議組織（Global Methane Initiative，GMI）的預(yù)測(cè)，在未來(lái)10年里，全球人為甲烷的總排放量將增加9個(gè)百分點(diǎn)，其中最主要的排放源是油氣行業(yè)，其次是城市垃圾和煤礦瓦斯[6]（圖2）。

圖2 全球人為甲烷排放（1990-2030）（來(lái)源:GMI）

在了解全球甲烷排放水平方面，最新和最有希望的進(jìn)展之一就是衛(wèi)星的使用。衛(wèi)星優(yōu)勢(shì)在于，它們可以幫助人們迅速定位大型污染源[7]。一旦發(fā)現(xiàn)泄漏事故或者甲烷含量異常的區(qū)域，通?？梢韵鄬?duì)迅速地識(shí)別并傳達(dá)數(shù)據(jù)信息給相關(guān)部門(mén)。同時(shí)，衛(wèi)星還可以幫助我們監(jiān)測(cè)甲烷濃度變化的數(shù)據(jù)，并估計(jì)引起這種變化的排放源的排放速率及潛在成因。

雖然用天然氣取代煤炭對(duì)城市空氣質(zhì)量有明顯益處，但如果不對(duì)供應(yīng)鏈上的甲烷泄漏加以控制，對(duì)溫室氣體減排的益處就不太明顯[8]。甲烷處理方面，由于甲烷在大氣的濃度往往比二氧化碳?xì)怏w低，只有二氧化碳的兩百分之一，甲烷捕集的難度比二氧化碳要大。最佳的方式是在項(xiàng)目工藝流程進(jìn)行控制和捕集，如垃圾填埋廠的甲烷捕集和煤層氣回收已經(jīng)有商業(yè)可行的技術(shù)和模式[9]。由于甲烷的溫室氣體勢(shì)能值遠(yuǎn)高于二氧化碳，按照每噸二氧化碳25美元的價(jià)格估算，每噸甲烷從一百年維度評(píng)估的減排價(jià)值超過(guò)500美元[10]。

GHGSat公司并不是唯一一個(gè)開(kāi)展衛(wèi)星監(jiān)測(cè)甲烷排放的機(jī)構(gòu)。2015年，美國(guó)加利福尼亞州天燃?xì)夤続lisoCanyon發(fā)生天然氣泄漏事件，該次泄露事故共噴出近10萬(wàn)噸甲烷（約等于一臺(tái)60萬(wàn)千瓦燃煤電廠的年碳排放當(dāng)量），美國(guó)宇航局（NASA）通過(guò)地球觀測(cè)衛(wèi)星-1號(hào)（EO-1）上的Hyperion成像光譜儀首次利用從低空軌道觀測(cè)到該地區(qū)的甲烷泄露情況[11]。

在2018年，俄亥俄州貝爾蒙特縣的一口油氣井發(fā)生爆炸，導(dǎo)致天然氣（主要是甲烷）在接下來(lái)的20天里大量逸散，美國(guó)環(huán)保協(xié)會(huì)（EDF）的專家獲取了歐洲航天局發(fā)射的TROPOMI衛(wèi)星儀器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示，受損油井的甲烷逸散速率為每小時(shí)120噸。假設(shè)該油井泄露周期長(zhǎng)20天，每天的泄露速率一致，那么此次事件產(chǎn)生的甲烷總排放量總計(jì)約為6萬(wàn)噸，相當(dāng)于俄亥俄州每年油氣行業(yè)甲烷排放總量的四分之一[12]。

2019年，全球領(lǐng)先的數(shù)據(jù)分析公司Kayrros使用歐洲空間局哥白尼計(jì)劃Sentinel-5P衛(wèi)星的數(shù)據(jù)并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)方法，建立了一個(gè)探測(cè)和量化模型，追蹤甲烷排放的源頭，并對(duì)世界各地的能源和自然資源進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)[13]（圖3）。

圖3 Kayrros檢測(cè)到的異常甲烷濃度樣本，2019年。圓圈的大小和顏色表示探測(cè)到的羽流的大小和強(qiáng)度。顏色越紅，甲烷的濃度就越高。
（來(lái)源：Kayrros）

衛(wèi)星監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展拓寬了人們對(duì)甲烷泄露及排放的認(rèn)知。之前人們對(duì)于溫室氣體排放的估計(jì)主要依靠紙質(zhì)計(jì)算，該計(jì)算基于人和企業(yè)消耗的能源量，是從排氣管和煙囪中的排放得出的。但是隨著衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)步，研究人員開(kāi)始對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓力測(cè)試的早期結(jié)果及部分衛(wèi)星監(jiān)測(cè)結(jié)果均表明，油氣行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的泄漏比以前想象的要多得多。如2018年GHGSat通過(guò)衛(wèi)星，在土庫(kù)曼斯坦Korpezhe油田附近的管道和壓縮機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施中發(fā)現(xiàn)了另一處重大泄漏[14]；2019年，Kayrros發(fā)現(xiàn)了北非撒哈拉沙漠中石油和天然氣設(shè)施的泄漏[15]。

衛(wèi)星監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展將為溫室氣體減排提供極大的幫助，這也引起了越來(lái)越多研究機(jī)構(gòu)的重視。美國(guó)環(huán)保協(xié)會(huì)分支機(jī)構(gòu)MethaneSAT計(jì)劃于2022年發(fā)射同名衛(wèi)星MethaneSAT[16]。MethaneSAT搭載的高靈敏度的光譜儀將能夠檢測(cè)出濃度低至2ppb的甲烷，而其高空間分辨率和200公里寬的視野范圍，將使MethaneSAT能夠在大尺度內(nèi)量化很小的排放源，該項(xiàng)目同時(shí)得到了新西蘭政府2600萬(wàn)紐幣（約1700萬(wàn)美元）的支持，這是新西蘭政府有史以來(lái)對(duì)航天項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)的最大投資[17]。

衛(wèi)星監(jiān)測(cè)所查明的一些甲烷泄露，也促使一些大型石油和天然氣公司更重視甲烷泄漏問(wèn)題，例如英國(guó)石油公司和荷蘭皇家殼牌公司，希望通過(guò)與衛(wèi)星公司簽署監(jiān)測(cè)合作協(xié)議來(lái)解決甲烷泄露問(wèn)題，以便他們能夠發(fā)現(xiàn)并堵住泄漏點(diǎn)，并堅(jiān)持削減排放的承諾[18]，但仍有部分公司對(duì)檢測(cè)到甲烷泄露問(wèn)題不予回應(yīng)。在溫室氣體減排重要性日益增強(qiáng)的未來(lái)，衛(wèi)星監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展和推廣，能夠提高各個(gè)行業(yè)對(duì)人為甲烷排放的控制力度，降低全球甲烷排放的排放水平。

在2020中國(guó)甲烷論壇上，生態(tài)環(huán)境部應(yīng)對(duì)氣侯變化司司長(zhǎng)李高表示，甲烷在我國(guó)也是僅次于二氧化碳的第二大溫室氣體，能源行業(yè)是最重要的人為甲烷排放源，根據(jù)我國(guó)的溫室氣體清單，2014年我國(guó)人為源甲烷排放約5500萬(wàn)噸，其中能源活動(dòng)的排放約2500萬(wàn)噸，主要來(lái)自于煤炭開(kāi)采、洗選加工運(yùn)輸和廢棄礦井以及油氣系統(tǒng)的逃逸[19]。因此，在未來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化工作中，應(yīng)加強(qiáng)甲烷監(jiān)測(cè)和控制。

[1] GHGSat. 2016. GHGSAT-C1 – IRIS. https://www.ghgsat.com/our-platforms/iris/

[2] GHGSat. 2020. GHGSAT-D – Claire.https://www.ghgsat.com/our-platforms/claire/

[3] IPCC. 2018. Changes in Atmospheric Constituents and in RadiativeForcing. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/ar4-wg1-chapter2-1.pdf

[4]美國(guó)環(huán)保協(xié)會(huì). 2020. 衛(wèi)星讓“隱形氣候威脅”現(xiàn)身，下一步是什么？https://mp.weixin.qq.com/s/Vi42MTptfw2f__3XhfEcAA

[5] University of Oxford. 2017. Methane Emissions: from blind spot tospotlight.

[6] GMI. 2020. Global Methane Emissions and Mitigation Opportunities.

[7] Sentinel-5P衛(wèi)星與全球甲烷追蹤器. https://mp.weixin.qq.com/s/XGJIcZJ6Vcd4ShKSGHA7uQ

[8]甲烷減排項(xiàng)目會(huì)不會(huì)是碳匯項(xiàng)目之后的又一個(gè)方向？www.tanpaifang.com/tanguwen/2020/0115/67724.html

[9]R.B.Jackson,E.I.Solomon, et al. 2019. Methane removal and atmospheric restoration. NatureSustainability. 2019(2) : 436–438

[10]DavidL. Chandler. 2017. Capturing Wasted Methane. MIT Technology Review. https://www.technologyreview.com/2017/12/19/146941/capturing-wasted-methane/

[11] Science. NASA EO-1衛(wèi)星首次從太空觀測(cè)到甲烷泄露.https://mp.weixin.qq.com/s/a3A7uIysndyFOHERPn3vdw

[12] Tropomi. 2019. Methane Emissionshttp://www.tropomi.eu/data-products/methane

[13]衛(wèi)星揭示新的天然氣行業(yè)重大甲烷泄漏. https://www.sohu.com/na/404163699_120573662

[14]甲烷獵手. 2020. https://www.chainnews.com/articles/602466379201.htm

[15]衛(wèi)星揭示新的天然氣行業(yè)重大甲烷泄漏. https://www.sohu.com/a/404163699_120573662

[16] MethaneSAT. https://space.skyrocket.de/doc_sdat/methanesat.htm

[17] New Zealand finally has a space programme. 2019.https://www.stuff.co.nz/science/117422950/nz-finally-has-a-space-programme

[18]全球關(guān)注甲烷減排. 2019. https://www.sohu.com/a/302634360_825950?sec=wd

[19]澎湃新聞. 2020. 推進(jìn)甲烷減排將為我國(guó)長(zhǎng)期低碳排放戰(zhàn)略提供巨大貢獻(xiàn). https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_5517181

封面圖片來(lái)源：GHGSAT，從BBC新聞截取