Сканирование с помощью искусственного интеллекта фиксирует из космоса крупные утечки практически в режиме реального времени.

Метан является скрытым парниковым газом, непредсказуемо утекающим из таких источников, как трубопроводы и газовые месторождения. Учёные решили поймать эти утечки в реальном времени. В прошлом наблюдатели должны были следить за вероятными местами с земли или с самолёта. Теперь крупные кратковременные утечки могут быть обнаружены автоматически из космоса в любой точке мира — это первый шаг к их устранению и замедлению изменения климата.

Новый метод, использующий искусственный интеллект для сканирования 12 миллионов ежедневных спутниковых наблюдений, может помочь будущим усилиям по обнаружению шлейфов в данных, собираемых спутниками, такими как Международная обсерватория выбросов метана, о которой в 2021 году объявила ООН. Хотя до сих пор этот метод фиксирует только самые большие выбросы, нет лучшей оказии для старта, говорит Илзе Абен (Ilse Aben), учёный из Нидерландского института космических исследований (SRON) и соавтор новой работы. «Это низко висящие плоды», — говорит она. «Если вы прилагаете усилия, чтобы остановить утечки метана, лучше начать с больших».

Команда SRON, стоящая за работой, появившейся в конце прошлого месяца в виде препринта в журнале Atmospheric Chemistry and Physics, теперь начала публиковать еженедельные результаты на своём веб-сайте. Только в прошлом месяце они обнаружили 192 шлейфа метана — некоторые постоянные, некоторые периодические — со скоростью выбросов более 10 тонн в час, сконцентрированные в Азии, но возникающие на всех континентах, кроме Антарктиды.

Хотя метан живёт в атмосфере немногим более десяти лет, прежде чем разлагается, он гораздо эффективнее удерживает тепло, чем углекислый газ (CO₂). С 2006 года уровень метана в атмосфере вырос примерно на 7%, и он является причиной примерно одной трети потепления на 1,2°C с доиндустриальных времен. Поскольку потепление приближается к 1,5°C, предполагаемому порогу «опасного» потепления, действия по сокращению выбросов метана рассматривались как способ «купить» немного больше передышки для достижения более долгосрочного сокращения выбросов CO₂.

В прошлом исследователям приходилось нацеливаться на места, где уже были известны выбросы метана, чтобы найти новые, говорит Райли Дюрен (Riley Duren), учёный по дистанционному зондированию из Университета Аризоны и генеральный директор Carbon Mapper, проекта стоимостью 100 миллионов долларов, который намерен запустить в конце этого года пару спутников, предназначенных для обнаружения шлейфов метана и CO₂. По его словам, новая техника «помогает заложить основу для будущего оперативного мониторинга с расширяющейся глобальной экосистемой метановых спутников».

Автоматический контролёр метана SRON использует прибор для мониторинга тропосферы (TROPOMI) на борту спутника Sentinel-5 Precursor, запущенного в 2017 году в рамках европейской программы наблюдения Земли Copernicus. Спектрометр TROPOMI, разработанный для мониторинга загрязнения атмосферы, также доказал свою способность обнаруживать инфракрасное свечение метана. Исследователи начали использовать спектрометр для наблюдения за регионами, которые уже известны как крупные источники метана. Но по словам Абена, они поняли, что частый глобальный охват спутника должен позволить бить тревогу о любых крупных выбросах метана.

Проблема заключалась в огромном объёме данных, из-за которого было трудно обнаружить шлейфы. Беренд Шуит (Berend Schuit), докторант SRON, обратился за помощью к искусственному интеллекту. Сначала он просмотрел данные TROPOMI за годы, предшествовавшие 2020-ому, идентифицировав около 800 эпизодов с подтверждёнными шлейфами, а также 2000 эпизодов без них. Вооружившись этими эпизодами, Шуит и его коллеги создали алгоритм для искусственного интеллекта, позволяющий распознавать шлейфы. Но он выдал слишком много ложных срабатываний, часто вызванных такими артефактами, как блуждающий край облака. В конце концов, авторы смогли создать надёжный фильтр, обучив искусственный интеллект обнаруживать признаки того, что результат может быть ложным, такими как увеличение отражательной способности облаков в эпизоде или несоответствие между направлением ветра и траекторией шлейфа.

Затем команда проверила алгоритмы на измерениях TROPOMI с 2021 года, обнаружив 2974 уникальных метановых шлейфа, которые они могли уверенно идентифицировать только по одному проходу спутника. Более 40% были связаны с добычей нефти и газа, ещё треть – со свалками, 20% – с угольными шахтами.

Примерно 5-километровое разрешение TROPOMI недостаточно для точного определения объекта, ответственного за каждый шлейф. Но будущие спутники должны обеспечить более чёткие снимки. Число спутников будет быстро расти в ближайшие несколько лет, в том числе с запуском спутника MethaneSAT Фонда защиты окружающей среды в конце этого года, за которым последуют Carbon Mapper и другие спутники с ещё более высоким разрешением.

У измерений метана из космоса есть недостатки, в том числе сложность различения свежих шлейфов от уже находящихся в воздухе, говорит Синь Лан (Xin Lan), учёный - специалист по углеродному циклу в Лаборатории исследования системы Земли Национального управления океанических и атмосферных исследований. И большая часть недавнего роста метана исходит не от отдельных крупных источников выбросов, а от более распределённых источников, включая тропические водно-болотные угодья, которые могут выделять больше метана в ответ на потепление. Но эта система предупреждения по-прежнему приветствуется, говорит Лан. «Возможность обнаруживать выбросы, — говорит она, — это первый шаг к действиям по их сокращению».

 

Ссылка: https://www.science.org/content/article/global-alarm-system-watches-methane-superemitters