他山之石｜应用卫星遥感技术识别与管控甲烷排放的加州实践

（来源：中国环境网）

转自：中国环境网

【编者按：为了应对气候变化、控排温室气体，甲烷减排行动在全球多地持续加速，相关国际合作随之深化。例如，中美两国于2023年发布的《关于加强合作应对气候危机的阳光之乡声明》提出，加快推进甲烷排放控制的政策和行动。在此背景下，与之相关的经验互鉴可发挥重要作用。美国加州计划到2030年实现甲烷排放量较2013年减少40%的目标，为此部署并推进了一系列倡议和行动。走在应对气候变化前列的加州，与中国也有着积极的双边气候合作。特在此分享加州基于卫星遥感技术实施甲烷排放管控的实践案例及行动经验，以飨读者。】

近年来，美国加州持续受到气候变化影响，多次遭遇了干旱、洪水、山火等极端天气事件，使得应对气候变化成为加州政府的重点工作。2000—2022年间，加州地区的GDP增长了约80%，但温室气体排放量与单位GDP温室气体排放量分别下降约20%和55%，实现了GDP和温室气体排放的脱钩。加州对温室气体有效的管控得益于完善的监测体系，由此能够及时获取排放动态并分析演变趋势。其在监测体系建设与应用方面的做法和经验，尤其是以卫星遥感技术为支撑的甲烷羽流成像研究及其实践，可以为我国相关工作的开展提供启发。

卫星遥感技术适用于识别和监测局部的大型排放点源

作为仅次于二氧化碳（CO2）的全球第二大温室气体，甲烷相比CO2具有增温潜势高、寿命短等特点。在加州，甲烷排放约占当地温室气体排放总量的一成左右，主要来源于畜牧和农业、石油天然气、垃圾填埋等行业。加州所采用的甲烷监测方式，除了常见的车载移动监测、地面固定站点监测、高塔监测、航空遥感等，近年来还在持续推进甲烷羽流成像技术（Methane Plume Imaging Technology）的研发应用。加州州长已于今年3月公开宣布，当地在全美开创性使用卫星遥感成像技术来探测甲烷排放并进行管控。

甲烷虽无色无味，却能吸收特定波长的光并改变光的特性，从而留下具备可观测性的光学“指纹”。利用相关技术捕捉到这些光学信号并采集处理相关数据，就能够获取甲烷羽流的形状、范围、浓度及分布等情况，据此可判断排放的来源、规模等关键信息，从而快速识别大型甲烷泄漏源，并协助后续减排措施的开展、发挥监督管控的作用。

使用卫星遥感技术来探测甲烷排放，就是通过在卫星上搭载甲烷传感器来探测和识别羽流形式的甲烷排放，主要用于识别和监测局部的大型点源，但并不适用于所有甲烷排放源。这是因为，卫星尚不能做到全天候、全覆盖式扫描，只能瞄准特定区域进行观测，而且云层及其他大气条件都可能影响数据采集效果。所以，该技术不适用于编制甲烷排放清单，只能用于支持甲烷的减排。

加州是全球较早开展卫星甲烷羽流成像技术研发和应用的地区。在早期，当地主要部署搭载于常规飞机的甲烷羽流追踪技术，发现全州不足1%的排放设施贡献了高达46%的甲烷排放。然而，这种常规方式只能反映特定时间点的情况，为了发现大规模、集中性的甲烷羽流，加州进一步探索了如何利用卫星遥感技术实现高排放甲烷的快速观测与可视化，也就是对局部、大型点源的识别，从而支撑减排措施、助力监督管理。

需考虑卫星的覆盖范围、采样频率及灵敏度等因素

在加州应用卫星遥感技术识别与管控甲烷排放的行动中，“加州卫星甲烷项目”（California Satellite Methane Project，CalSMP）是一大重要依托，这也是全球首个由州政府主导、利用卫星数据实时监测和管控甲烷排放的项目。

该项目由加州空气资源委员会（California Air Resources Board，CARB）主导实施，加州政府拨款1亿美元。其中，9500万美元用于通过竞争性招标选定数据供应商（Carbon Mapper），购买基于卫星监测的甲烷排放数据，并建立数据库和门户网页，用于协调和记录减排行动。值得一提的是，尽管加州政府不拥有这些卫星，但仍可选择特定区域进行观测。另外500万美元用于制定实施社区参与计划，以帮助人们提升对卫星甲烷数据的使用和理解，进而更好地参与减排。

此外在2024年，加州发射了首颗自己的甲烷监测卫星，是一颗近地轨道卫星，距离地表约400公里高度，依托卫星遥感技术对下方陆地进行“拍摄”，影像范围大约在18×50公里且可调整。该卫星每天由北向南绕行地球15圈（相当于每95分钟左右绕地球一周），可收集约45个影像区域，即获取约45幅图块。随着卫星自身持续运转，不同方向和位置的监测均可覆盖，而且能够定期提供甲烷羽流图像，并非一次性观测。加州还计划在近两年发射更多卫星，用以提高观测能力。

利用卫星识别和监测甲烷羽流的关键，取决于其空间覆盖范围、采样频率及检测灵敏度等因素。结合加州实际情况，观测目标区域根据多个因素来确定。其中，对石油天然气、垃圾填埋场等重点行业的管控要求和工作需求是必须考虑的最重要因素，其次在可行条件下再尽量兼顾其他因素，比如卫星会因大气条件的变化而影响实际观测能力，结合实时条件可进行目标区域的动态调整。

划定目标区域后，卫星通过扫描捕捉甲烷异常排放，快速发现“超级排放源”。一旦发现异常羽流，卫星成像还可与航空、地面数据相结合进行验证，比如使用飞机、无人机进行低空高精度测量，或利用地面采样传感器进一步验证和量化排放源，由此综合提升快速定位、追踪和治理甲烷排放的能力。

卫星识别甲烷羽流的数据价值及减排潜力得到验证

卫星观测是识别排放的第一步。采集数据后的处理分析，并据此制定解决方案、开展监管等工作同等重要。

CalSMP项目委托Carbon Mapper提供数据处理和可视化服务，在收集到甲烷羽流数据后，其会在24—72小时内传送至CARB开展数据处理，分析排放量、排放浓度等核心信息，并确定排放源及其运营方。随后，CARB会向运营方通知相关情况，运营方采取措施修复泄漏后，再向CARB反馈结果。若是在社区附近发现甲烷羽流，CARB还将启动加快程序，通知空气管理部门、应急响应人员、设施运营方及社区成员等，以达到更有针对性的快速响应效果，从而减轻相关健康影响。

此外，CalSMP项目获取的甲烷羽流数据被要求在30天内公开发布，公众可在Carbon Mapper门户网站免费了解和下载，这将增强公众对甲烷排放的认知和参与度，助力更大范围的甲烷减排。

CalSMP项目运行时间虽然不长，但目前已初步显现出效果。例如在油气行业，CARB向10多家运营商发送了通知，帮助他们识别未知泄漏点源并推进修复。其中，既有偶发的意外泄漏，短时间内即可修复；也有花费十多天才能修复的难点，CARB会给予运营商一定的缓冲期，在其完成修复后再次使用卫星进行观测，确认是否修缮到位、有无新的排放等。随着数据量和信息量的增加，后期还可开展更多工作，例如据此判断经常发生泄漏的点源并有针对性采取措施，再如根据行业反馈完善基础设施等，从结构上推进甲烷减排并量化效果。

目前，CalSMP项目已让更多人看到甲烷羽流的数据价值及其背后的减排潜力，CARB持续致力于应用卫星遥感技术进一步推动减排。随着技术不断进步，卫星数据的空间和时间分辨率将得到提升，数据处理的流程也将优化和完善，并有望获得相关法律法规作为后盾。未来，该技术还有望拓展应用到其他地区，形成更加广泛的监测网络。

作者单位：亚洲清洁空气中心

（本文根据加州空气资源委员会研究规划、行政和减排部门主任Jorn Dinh Herner在2025年长三角空气质量管理技术研讨会上的发言编译整理而成。）