关于甲烷超级排放源的卫星观测：土库曼斯坦西海岸的区域排放量及年增长率

《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》：Satellite Insights into methane Super-Emitters: Regional emissions and yearly growth on Turkmenistan’s west coast

中国甲烷排放监测与多卫星数据融合研究：以土库曼斯坦西海岸为例，联合PRISMA与GF-5B/ZY-1E/F高光谱卫星数据（2020-2024），识别38个超级点源，总排放量0.60±0.39/0.29 Tg·a?1，发现年增长7%（与天然气产量增长一致），较EDGAR清单高3倍，揭示现有清单低估问题。

　　### 甲烷排放热点与区域排放特征

Turkmenistan 的西部海岸地区因其丰富的油气资源和大量天然气生产活动，被认定为全球甲烷排放的热点区域之一。这一地区拥有大量的点源排放，这些点源的排放量差异较大，但总体上构成了一个重要的甲烷排放中心。研究指出，尽管已有多种方法用于监测甲烷排放，如地面观测和无人机调查，但这些方法在覆盖范围和持续性方面存在局限。因此，利用高分辨率的高光谱卫星数据进行监测成为一种有效手段，以提高对这些低频高影响排放源的识别和量化能力。

### 高光谱卫星技术的应用与优势

本研究结合了意大利的 PRISMA 卫星和中国 GF-5B、ZY-1E、ZY-1F 卫星上搭载的先进高光谱成像仪（AHSI）的数据，对 Turkmenistan 西部海岸的甲烷点源排放进行了联合分析。这些高光谱卫星具有较高的空间分辨率和光谱分辨率，能够更准确地识别和量化甲烷排放源。然而，由于高分辨率卫星的轨道周期较长，其观测覆盖范围和频率受到一定限制，这可能影响对甲烷排放的全面监测。因此，联合使用多颗卫星数据可以弥补单颗卫星在观测频率和覆盖范围上的不足，提高对甲烷排放源的识别能力和对排放量的估算精度。

### 数据收集与处理方法

在研究期间（2020 年至 2024 年），研究人员收集了来自 PRISMA、GF-5B/AHSI、ZY-1E/AHSI 和 ZY-1F/AHSI 的高光谱图像数据。这些图像覆盖了 Turkmenistan 西部海岸的多个区域，共计 1078 次卫星过境。其中，PRISMA 的图像覆盖了 77400 平方公里，而 AHSI 的图像覆盖面积更大，达到 100800 平方公里和 108000 平方公里。尽管各卫星的观测次数和覆盖范围存在差异，但通过整合多颗卫星的数据，研究人员能够更全面地识别甲烷排放源，并提高对排放量的估算精度。

### 甲烷排放源的识别与量化

研究团队通过高光谱数据识别了 38 个甲烷排放点源，并发现了 256 个排放羽流。这些点源主要分布在几个主要的陆上油气田，如 Goturdepe 和 Korpeje。研究人员利用高光谱数据中的甲烷吸收特征，结合风速和风向等辅助信息，对这些点源的排放量进行了估算。结果显示，这些点源的排放速率范围较广，从 0.37 ± 0.10 到 34.13 ± 11.98 吨/小时。其中，25 个点源与低效的火炬燃烧系统有关，表明这些设施可能是甲烷排放的主要来源之一。

### 排放量的时空分布与变化趋势

研究团队还对甲烷排放的时空分布进行了分析，发现这些点源的排放存在明显的间歇性。通过比较不同时间段的排放数据，研究人员发现，从 2020 年到 2023 年，甲烷排放量呈现出显著的年增长趋势，约为 7%。这一增长趋势与 Turkmenistan 天然气产量的增加相吻合，表明天然气生产活动可能是甲烷排放增长的主要驱动因素。此外，研究还发现，夏季的高排放频率可能与当地气候条件有关，例如高温和干燥的环境以及晴朗的天空条件，有利于甲烷排放的监测和估算。

### 与现有排放数据库的对比

研究结果与现有的 EDGAR 排放数据库进行了对比，发现本研究估算的年甲烷排放量与 EDGAR v8.0 的数据一致，但与 EDGAR v2024 的数据相比，约为其三倍。这一差异表明，当前的排放数据库可能存在一定的不准确性，尤其是在对高排放点源的估算方面。此外，研究还发现，甲烷排放的间歇性特征在现有数据库中未被充分反映，这可能影响对区域甲烷排放的全面评估。

### 甲烷排放与油气生产活动的关系

本研究还探讨了甲烷排放增长与 Turkmenistan 天然气生产活动之间的关系。通过分析天然气产量、出口和消费数据，研究人员发现，天然气产量在 2020 年至 2023 年间显著增长，而原油产量和消费量则相对稳定。这表明，天然气生产活动的增加可能是导致甲烷排放增长的主要原因。此外，研究还指出，俄罗斯与乌克兰战争后，天然气供应减少，可能促使 Turkmenistan 增加天然气出口，从而推动了天然气产量的增长，进而导致甲烷排放的增加。

### 未来研究方向与技术挑战

尽管本研究利用多颗高光谱卫星数据取得了显著成果，但仍存在一些挑战。例如，由于高光谱卫星的观测频率较低，部分点源可能未被完全捕捉，影响了对甲烷排放的全面评估。此外，非均匀地表特征（如道路和建筑物）可能导致 ΔXCH4 值的高估，影响对排放羽流的分割和排放量的估算。因此，未来的研究需要进一步优化数据处理方法，提高对复杂地表特征的识别能力，并结合更多类型的卫星数据，以获得更准确的甲烷排放信息。

### 结论与建议

本研究的结果表明，高分辨率卫星监测在准确估算甲烷排放和制定减排措施方面具有重要作用。通过整合多颗卫星的数据，研究人员能够更全面地识别甲烷排放点源，并提高对排放量的估算精度。此外，研究还发现，甲烷排放的增长趋势与天然气生产活动密切相关，这为政策制定者提供了重要的参考依据。然而，现有排放数据库的不一致性表明，需要进一步改进和更新这些数据库，以确保其准确性和可靠性。未来的研究应继续探索高分辨率卫星监测技术的潜力，并结合其他监测手段，以更全面地了解甲烷排放的时空分布及其驱动因素。