Разработка системы космического мониторинга антропогенных выбросов метана

Грантовый проект ИРН AP23490542

Руководитель проекта: Нурсеитов Д.Б.

Период реализации проекта: 2024-2026 гг.

Метан считается одним из важнейших парниковых газов антропогенного происхождения, который оказывает значительное влияние на радиационный баланс Земли и озоновый фон в тропосфере. Так как количественная оценка интенсивности выбросов от наблюдаемых шлейфов является важным шагом для понимания локального распределения выбросов и определения приоритетов мер по смягчению последствий, использование спутниковых измерений позволит только повысить качество и количество таких измерений. Запуск спутников нового поколения [1] с высоким пространственным разрешением переводит качество мониторинга эмиссий различных газов на новый уровень. Использование таких методов автоматизации как машинное обучение и построение системы многовременного анализа данных на облачных решениях позволит получать в оперативном режиме более точную количественную информацию.

Цель проекта.

Целью проекта является разработка геоинформационной системы оценки и детектирования выбросов метана по данным дистанционного зондирования Земли с использованием технологий машинного обучения.

Задачи проекта.

Достижение поставленной цели проекта планируется путем решения следующих задач по годам:

2024 – Провести анализ эмиссий метана для территории Казахстана по данным глобальных спутниковых миссий с категоризацией источников и подсчетом статистики выбросов; сбор и получение данных высокого пространственного разрешения на локальный участок.

2025 – Реализация ГИС системы с встроенной системой оценки и анализа для визуализации концентраций метана для территории Казахстана (архив данных за период в 8 лет и актуальные показатели); обработка и анализ локального участка съемки высокого пространственного разрешения и обеспечение 2 цикла съемки высокого разрешения; собрать данные со спутника Sentinel 2 и обработать для выбранного локального участка.

2026 – Развертка геопортального решения для визуализации выбросов метана по данным наблюдений глобальных спутниковых миссий и включение локального участка для мониторинга съемкой высокого разрешения; сбор датасета и обучение модели машинного обучения по определению эмиссий метана на основе спутниковых данных.

Ожидаемые результаты

2024 – База данных эмиссий метана за последние 8 лет по глобальным миссиям спутниковых наблюдений с присвоением типов источников выбросов и категорий; набор спутниковых данных высокого пространственного разрешения на локальный участок.

2025 – ГИС система визуализации утечек метана на Казахстан с встроенной системой оценки за последние 9 лет; выполненный анализ утечек метана по спутниковым данным высокого разрешения и данным спутников Sentinel 2 и/или Landsat 8-9.

2026 – Геопортал с визуализацией исторических и актуальных выбросов метана для территории Казахстана по данным глобальных спутниковых миссий и для локального участка по спутниковым данным высокого пространственного разрешения; модель машинного обучения по автоматическому определению эмиссий метана по данным спутниковых наблюдений.

Полученные результаты на 2024 год:

Сформирована база данных эмиссий метана на территории РК по данным спутниковых снимков глобальных миссий Sentinel-5P, GOSAT за многолетний период. Проведен статистический анализ выбросов метана за наблюдаемый период, который выявил тенденцию к небольшому увеличению среднемесячных концентраций метана каждый год. Выявлены сезонные вариации концентраций метана, характеризующиеся снижением концентраций метана с января по май, и увеличением концентраций с июня по декабрь. Проведен геопространственный анализ концентраций метана с определением категорий и типов источников антропогенного и природного характера. Для получения данных высокого пространственного разрешения на локальный участок была подана заявка на портале Европейского Космического Агентства. Получен набор данных высокого пространственного разрешения на территорию месторождения Каратурун Южный со спутника GHGSat для дальнейшего анализа выбросов метана в результате крупного пожара в 2023 году.

Исполнители проекта