Методика восстановления баланса парниковых газов в атмосфере Земли по данным ДЗЗ

В настоящее время большой интерес представляет исследования баланса парниковых газов на определённых территориях. Многие страны, входящие в международные договоры по ограничениям выбросов, стремятся достичь нулевого или положительного баланса, при котором территория выбрасывает не больше парниковых газов, чем поглощает.
Существует несколько подходов для подсчета баланса парниковых газов: кадастровые оценки на основе стандартизованных процедур, связывающих интенсивность поглощения/эмиссии газов с типом и другими характеристиками подстилающей поверхности; инверсное моделирование, дающее оценки вертикальных потоков парниковых газов с помощью сложных моделей переноса, которые усваивают данные наземных и спутниковых измерений газовых концентраций. Оба этих подхода характеризуются существенными погрешностями, поскольку используют множество модельных приближений, требующих дальнейших уточнений. Кроме того, их трудно применять для оперативной диагностики по данным мониторинговых наблюдений.
В настоящей работе предлагается новый подход, основанный на вычислительной схеме, замкнутой относительно данных спутниковых измерений концентраций парниковых газов.
Основой методики служит вычисление векторов адвекции парниковых газов с помощью алгоритмов анализа оптического потока между последовательными полями концентраций парниковых газов, измеренных со спутника. Зная векторы адвекции газа, можно рассчитать поток через заданную границу произвольной области и далее – конвергенцию потока. Согласно уравнению баланса – суммарная конвергенция за интересующий период времени плюс изменение полной массы газа в области между начальным и конечным моментом времени и будет характеристикой вертикального обмена газовой компонентой между атмосферой и подстилающей поверхностью.
Методика была отработана на данных измерений ИК спектрометра TROPOMI концентраций CO. Использованы данные, накопленные в ЦКП «ИКИ - Мониторинг». Измерения TROPOMI проводятся раз в сутки, в результате чего формируется глобальное поле концентрации CO с пространственным разрешением 7x3 км. В ходе работы была решена проблема значительных пропусков данных измерений, характерных для ДЗЗ в ИК диапазоне. Для этого были применены методы контекстного заполнения изображений.
В результате обработки данных TROPOMI за лето 2022 года был рассчитан баланс CO для области с крупными лесными пожарами в Сибири, который показывает сколько килограммов CO было выброшено во время пожара. В дальнейшем полученные результаты будут сравниваться с независимыми источниками информации, что позволит оценить погрешность методики.
Работа выполнена при поддержке темы «Эмиссия» (гос. регистрация № 122101700045-7)