ارزیابی تشخیص متان مبتنی بر فضا از طریق یک آزمایش کور یک ساله

سنجش از دور مبتنی بر فضا امکان تشخیص و نظارت بر منابع بزرگ متان متمرکز در سراسر جهان را فراهم می کند. با این حال، ارزیابی مستقل ابزارها و الگوریتم‌ها محدود است و ماهواره‌های جدید و تکنیک‌های هوش مصنوعی تحت شرایط کنترل‌شده و یک سو کور آزمایش نشده‌اند. در اینجا ما یک آزمایش یک‌ساله و یک‌کور شامل 746 رویداد را انجام می‌دهیم: 481 انتشار متان از 9.5 تا 1183.7 کیلوگرم در ساعت و 265 کنترل خالی. ما مقادیر اندازه‌گیری شده متان را در آریزونا، ایالات متحده، همزمان با پل‌های روگذر از 12 ماهواره دولتی، تجاری و غیرانتفاعی منتشر کردیم.

پانزده تیم تجزیه و تحلیل از 9 کشور بیش از 2250 تخمین را ایجاد کردند که تا آنجا که ما می دانیم این بزرگترین آزمایش کنترل شده تاکنون و یکی از اولین ارزیابی های ابزارهای EMIT، Tanager-1 (Carbon Mapper) و GHOSt است. عملکرد ناهمگن است: ابزارهای "ساخته شده برای هدف" که برای هدف قرار دادن متان طراحی شده اند، عملکرد تشخیص عالی (92-100٪ نرخ مثبت واقعی، 0-11٪ نرخ مثبت کاذب) و دقت کمی (شیب 0.83-1.00، 44٪ میانگین درصد خطای مطلق) را نشان می دهند.

ابزارهایی که برای سنجش متان تغییر کاربری داده شده اند عملکرد متفاوت تری دارند (نرخ تشخیص 62-88٪، 46٪ میانگین درصد خطای مطلق). هنوز، بسیاری مهارت قابل توجهی از خود نشان می دهند. اسکنرهای زمین گسترده با نرخ‌های آزمایش‌شده ضعیف تشخیص می‌دهند، اما پوشش جهانی و آرشیوهای تاریخی ثابتی دارند که انگیزه کار اضافی را فراهم می‌کنند. روش‌های مبتنی بر هوش مصنوعی امیدوارکننده هستند، اما احتیاط لازم است. 79 درصد از موارد مثبت کاذب از این روش ها به دست می آیند. پوشش ابری زمینی بیش از 20 درصد عملکرد سیستم ها را کاهش داد و نگرانی هایی را برای استفاده در برخی مکان ها ایجاد کرد.

یافته‌های ما نشان می‌دهد که اندازه‌گیری‌های مبتنی بر ماهواره می‌توانند به تشخیص دقیق و کمی کردن منابع نقطه‌ای متان زمانی که محل منبع تقریبا مشخص باشد، دست یابد.

این یک پیش نمایش از محتوای اشتراک است، دسترسی از طریق موسسه شما

به Nature و 54 مجله Nature Portfolio دیگر دسترسی داشته باشید

Nature+ را دریافت کنید، بهترین اشتراک دسترسی آنلاین ما

قیمت‌ها ممکن است مشمول مالیات‌های محلی باشد که در هنگام تسویه حساب محاسبه می‌شود

فایل‌های نرخ جریان زمین‌سنجی، فایل‌های داده‌های هواشناسی و تصاویر پوشش ابر از فاز تعاونی 0 و تمام فازهای آزمایشی کور در https://doi.org/10.25740/QH001QT3946 (مراجعه 51) ارائه شده‌اند. تصاویر طیفی از ماهواره‌های شرکت‌کننده توسط تیم آزمایش جمع‌آوری نشد و مستقیما از طریق این مطالعه در دسترس قرار نخواهد گرفت. با این حال، این داده‌ها را می‌توان از طریق پلت‌فرم‌های عمومی به‌دست آورد یا از پلتفرم‌های تجاری برای بسیاری از ماهواره‌های آزمایش‌شده، همانطور که در بخش اطلاعات تکمیلی 2.1 توضیح داده شد، خریداری کرد. داده های منبع با این مقاله ارائه شده است.

کد بازتولید ارقام در این مقاله در https://doi.org/10.25740/QH001QT3946 (مراجعه 51) موجود است.

جیکوب، دی جی و همکاران. کمی سازی انتشار متان از مقیاس جهانی تا منابع نقطه ای با استفاده از مشاهدات ماهواره ای متان اتمسفر اتمس. شیمی. فیزیک 22، 9617–9646 (2022).

شروین، E. D. و همکاران. آزمایش یک سو کور نه سیستم ماهواره‌ای سنجش متان از سه قاره اتمس. Meas. فنی 17، 765-782 (2024).

IPCC Climate Change 2021: The Physical Science Basis (ویرایش های Masson-Delmotte, V. et al.) https://doi.org/10.1017/9781009157896 (انتشارات دانشگاه کمبریج، 2023).

کورت، E. A. و همکاران. چهار گوشه: بزرگترین ناهنجاری متان ایالات متحده که از فضا مشاهده شده است. ژئوفیز. Res. Lett. 41، 6898-6903 (2014).

تامپسون، دی آر و همکاران. طیف‌سنجی تصویربرداری از راه دور مبتنی بر فضا از ابر ارسال کننده Aliso Canyon CH 4. ژئوفیز. Res. Lett. 43، 6571-6578 (2016).

کاسورث، دی اچ و همکاران. تصویربرداری چندماهواره ای از فوران چاه گاز امکان تعیین کمیت کل انتشار متان را فراهم می کند. ژئوفیز. Res. Lett. 48, e2020GL090864 (2021).

لی، اف و همکاران. نقشه برداری ابر انتشار دهنده های متان در چین و ایالات متحده با طیف سنج تصویربرداری فراطیفی GF-5 02. Natl Remote Sens. Bull. 28، 1986–2001 (2024).

Guanter، L. و همکاران. داده‌های چند ماهواره‌ای نشت متان رکوردشکنی از فوران چاه را به تصویر می‌کشند. محیط زیست علمی تکنولوژی Lett. 11، 825–830 https://doi.org/10.1021/acs.estlett.4c00399 (2024).

Irakulis-Loitxate، I. et al. بررسی ماهواره ای از انتشار شدید متان در حوضه پرمین علمی Adv. 7، eabf4507 (2021).

مقاله CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lauvaux، T. و همکاران. ارزیابی جهانی فراساطع کننده های متان نفت و گاز Science 375، 557-561 https://doi.org/10.1126/science.abj4351 (2022).

پاندی، اس. و همکاران. مشاهدات ماهواره ای نشت شدید متان را از فوران چاه گاز طبیعی نشان می دهد. Proc. Natl Acad. علمی USA 116, 26376–26381 (2019).

Sánchez-García، E.، Gorroño، J.، Irakulis-Loitxate، I.، Varon، D. J. & Guanter، L. نقشه برداری توده های متان با وضوح فضایی بسیار بالا با ماهواره WorldView-3. اتمس. Meas. فنی 15، 1657-1674 (2022).

وارون، دی جی و همکاران. کمی کردن منابع نقطه‌ای متان از مشاهدات ماهواره‌ای در مقیاس ریز ستون‌های متان اتمسفر اتمس. Meas. فنی 11، 5673-5686 (2018).

وارون، دی جی و همکاران. ماهواره ای کشف منابع نقطه ای متان غیرعادی بزرگ از تولید نفت/گاز. ژئوفیز. Res. Lett. 46، 13507–13516 (2019).

جرویس، دی و همکاران. طیف سنج تصویربرداری GHGSat-D. اتمس. Meas. فنی 14، 2127–2140 (2021).

ماهواره. MethaneSAT https://www.methanesat.org/satellite (2025).

دورن، آر و همکاران. سیستم نظارت بر انتشار کربن Mapper اتمس. Meas. فنی 18، 6933-6958 (2025).

eoPortal. GHOSt (ماهواره مشاهده فراطیفی جهانی) - eoPortal https://www.eoportal.org/satellite-missions/ghost#eop-quick-facts-section (2024).

Jongaramrungruang، S.، Thorpe، A. K.، Matheou، G. & Frankenberg، C. MethaNet - یک رویکرد مبتنی بر هوش مصنوعی برای تعیین کمیت انتشار منبع نقطه‌ای متان از تصاویر دوبعدی با وضوح بالا. سنسور از راه دور محیط. 269، 112809 (2022).

Plewa, T., Butz, A., Frankenberg, C., Thorpe, A. K. & Marshall, J. بهبود تخمین انتشار مبتنی بر هوش مصنوعی برای منابع نقطه‌ای اعمال شده در تصاویر دوبعدی متان-توشه با وضوح بالا. سنسور از راه دور محیط. 331, 115002 (2025).

Rouet-Leduc، B. & Hulbert، C. تشخیص خودکار انتشار متان در تصاویر ماهواره ای چند طیفی با استفاده از یک ترانسفورماتور بینایی. نات. اشتراک. 15, 3801 (2024).

Bruno, J. H., Jervis, D., Varon, D. J. & Jacob, D. J. U-Plume: الگوریتم خودکار برای تشخیص ستون و تعیین کمیت منبع توسط تصویربرداران نقطه‌ای ماهواره‌ای. اتمس. Meas. فنی 17، 2625–2636 (2024).

داشبورد. نقشه‌بردار کربن https://data.carbonmapper.org/#1/25.3/50.5 (2025).

ناسا JPL. چشم انداز: پورتال داده باز EMIT. EMIT https://earth.jpl.nasa.gov/data/data-portal/coverage-and-forecasts (2025).

به نقشه متان نگاه کنید. UNEP https://methanedata.unep.org/map (2025).

پروژه متان ماهواره ای کالیفرنیا هیئت منابع هوایی کالیفرنیا https://ww2.arb.ca.gov/our-work/programs/california-satellite-methane-project/about (2025).

برنامه سوپر ساطع کننده متان. EPA https://www.epa.gov/compliance/methane-super-emitter-program (2023).

Nordin, S., Hoffmann, E., de Kersauson, Q. & De Catelle, W. آیا برای قوانین جدید اتحادیه اروپا در مورد انتشار متان در بخش انرژی آماده هستید؟ White & Case https://www.whitecase.com/insight-alert/are-you-ready-new-eu-rules-methane-emissions-energy-sector (8 آوریل 2025).

سیستم هشدار و پاسخ متان (MARS). برنامه محیط زیست سازمان ملل https://www.unep.org/topics/energy/methane/international-methane-emissions-observatory/methane-alert-and-response-system (2022).

العبادی، س.ح و همکاران. بلوغ فناوری سنجش متان مبتنی بر هواپیما برای کاهش گازهای گلخانه ای محیط زیست علمی تکنولوژی 58، 9591-9600 (2024).

شروین، E. D. و همکاران. اعتبارسنجی تک‌کور تشخیص منبع نقطه‌ای مبتنی بر فضا و تعیین کمیت انتشار گاز متان در خشکی. علمی Rep. 13, 3836 (2023).

Bell, C. تعیین یک سو کور محدودیت های تشخیص متان و دقت کمی با استفاده از LiDAR مبتنی بر هواپیما. عنصر علمی آنتر 10, 00080 (2022).

Bell, C., Ilonze, C., Duggan, A. & Zimmerle, D. عملکرد راه حل های نظارت مستمر انتشار تحت یک پروتکل آزمایش کنترل شده یک سو کور. محیط زیست علمی تکنولوژی 57، 5794-5805 (2023).

راویکومار، A. P. و همکاران. مقایسه بین سوکور فن‌آوری‌های تشخیص متان - نتایج حاصل از چالش نظارت بر موبایل استانفورد/EDF. عنصر علمی آنتر 7, 37 (2019).

Darynova, Z., Blanco, B., Juery, C., Donnat, L. & Duclaux, O. روش جذب داده برای تعیین کمیت انتشار متان کنترل شده با استفاده از پهپاد و حسگرهای زمینی. اتمس. محیط زیست X 17، 100210 (2023).

Worden, J. R., Nickeson, J. & Policelli, F. Commercial Satellite Data Acquisition Program: GHGSat Principal Investigator Evaluation Summary (CSDA، ناسا، 2024).

آیاسه، A. K. و همکاران. احتمال تشخیص و تداوم چند حسگر انتشار متان از مشاهدات همزمان هوابرد و ماهواره. محیط زیست علمی تکنولوژی 58، 21536–21544 (2024).

ژانگ، ایکس و همکاران شناسایی جهانی پسماندهای جامد متان فوق العاده با استفاده از ماهواره های فراطیفی محیط زیست علمی تکنولوژی 59، 18134–18145 (2025).

Worden, J., Green, P., Eldering, A. & Sherwin, E. شیوه های متداول برای تعیین کمیت انتشار متان از توده های شناسایی شده توسط سنجش از دور. گزارش شماره NIST IR 8575 https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/ir/2025/NIST.IR.8575.pdf (NIST, 2025).

ژانگ، ایکس و همکاران HyperGas 1.0: یک بسته پایتون برای تجزیه و تحلیل داده های فراطیفی گازهای گلخانه ای از بازیابی تا کمی سازی میزان انتشار. Geosci. مدل Dev. 19، 5979–6000 (2026).

دورن، R. M. و همکاران. ابر انتشار دهنده های متان کالیفرنیا Nature 575، 180-184 (2019).

Eldering، A. تجزیه و تحلیل مقایسه متقابل تشخیص و کمی سازی ستون متان بر اساس اندازه گیری های EMIT. بنیاد داده https://datafoundation.org/news/reports/812/812-Methane-Plume-Detection-and-Quantification-Intercomparison-Analysis-Based-on-EMIT-Measurements- (2026).

Akani-Guéry, J., Roger, J. & Buchwitz, M. ESA Project MEDSUA: گزارش مقایسه الگوریتم (AIR). (آژانس فضایی اروپا، 2026).

جرویس، دی، مک لین، جی.-پی. W., McKeever, J., Ramier, A. & Strupler, M. برآورد مشترک توزیع نرخ انتشار متان نفت-گاز در مقیاس جهانی و احتمالات تشخیص حالت بررسی از چندین سیستم ماهواره ای. محیط زیست علمی تکنولوژی 60، 14961-14970 (2026).

رامیر، A. و همکاران. اعتبارسنجی عملکرد صورت فلکی متان GHGSat از طریق انتشارهای کنترل شده. پیش چاپ در EarthArXiv https://doi.org/10.31223/X5N78R (2026).

Gorroño, J., Varon, D. J., Irakulis-Loitxate, I. & Guanter, L. درک پتانسیل Sentinel-2 برای نظارت بر انتشار نقطه متان. اتمس. Meas. فنی 16، 89-107 (2023).

فرانکنبرگ، سی و همکاران. خشکسالی داده ها در مناطق گرمسیری مرطوب: نحوه غلبه بر مانع ابر در سنجش از راه دور گازهای گلخانه ای ژئوفیز. Res. Lett. 51، e2024GL108791 (2024).

نقشه‌بردار کربن. ارسال داده - دیدن در اطراف ابرها. https://carbonmapper.org/articles/seeing-around-the-clouds (2025).

کاسورث، دی اچ و همکاران. متناوب انتشار گازهای متان بزرگ در حوضه پرمین. محیط زیست علمی تکنولوژی Lett. 8، 567-573 (2021).

شروین، E. D. و همکاران. انتشار گازهای گلخانه ای سیستم نفت و گاز ایالات متحده از نزدیک به یک میلیون اندازه گیری سایت هوایی. Nature 627، 328-334 (2024).

Reuland، F.، Adams، T.، Galvin، K.، Kort، E. A. & Brandt، A. R. انتشار متان کنترل شده در مقیاس بزرگ برای تشخیص و تعیین کمیت انتشار منابع نقطه ای مبتنی بر ماهواره. مخزن دیجیتال استنفورد https://doi.org/10.25740/QH001QT3946 (2025).

Knoop, S., Bosveld, F. C., de Haij, M. J. & Apituley, A. مقایسه 2 ساله اندازه گیری باد بادی متمرکز بر موج پیوسته و اندازه گیری باد دکل بلند در Cabauw. اتمس. Meas. فنی 14، 2219-2235 (2021).

ابزار اندازه گیری محصولات. امرسون https://www.emerson.com/en/measurement-instrumentation (2025).

اهرت، تی و همکاران. ردیابی جهانی و تعیین کمیت انتشار گاز متان نفت و گاز از تصاویر تکراری Sentinel-2. محیط زیست علمی تکنولوژی 56، 10517–10529 (2022).

پروتکل تست کنترل شده Bell، C. & Zimmerle، D. METEC: تشخیص انتشار و کمی سازی بررسی. کوه پژوه https://doi.org/10.25675/10217/235363 (2022).

گرین، R. O. و همکاران. بررسی منبع گرد و غبار معدنی سطح زمین: یک ماموریت طیف‌سنجی تصویربرداری علوم زمین. در Proc. کنفرانس هوافضا 2020 IEEE 1-15 https://doi.org/10.1109/AERO47225.2020.9172731 (IEEE، 2020).

مرکز رصد زمین DLR. ماموریت. EnMAP https://www.enmap.org/mission/ (2023).

راجر، جی و همکاران نقشه برداری متان با وضوح بالا با ماموریت طیف سنجی تصویربرداری ماهواره ای EnMAP. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 62, 1-12 (2024).

لی، اف و همکاران. مقایسه عملکرد طیف‌سنجی تصویربرداری ماهواره‌ای فراطیفی مختلف در نقشه‌برداری انتشارات منبع نقطه‌ای متان سنسور از راه دور محیط. 334 ، 115224 (2026).

OHB ایتالیا. ماهواره ها و ماموریت ها: PRISMA. PRISMA https://www.ohb-italia.it/satellites-missions/ (2022).

ESA WorldView-3. زمین آنلاین https://earth.esa.int/eogateway/ missions/worldview-3 (2022).

چن، ال و همکاران. نقشه‌برداری کانی‌های تغییر با استفاده از داده‌های سنجش از دور فراطیفی ZY-1 02D در مناطق غنی‌سازی متان در بستر زغال سنگ. Remote Sens. 15, 3590 (2023).

Landsat 8. USGS https://www.usgs.gov/landsat-missions/landsat-8 (2023).

ESA ماموریت S2. SentiWiki https://sentiwiki.copernicus.eu/web/s2-mission (2021).

این پروژه متکی به مشارکت بسیاری از اپراتورهای ماهواره ای و سازمان های مشارکت کننده بود. ما از S. Wofsy، M. Sargent، J. Pittman و J. Franklin از MethaneSat تشکر می کنیم. D. Cusworth, R. Duren, A. Ayasse, J. Heckler and A. Jackson of Carbon Mapper; A. Thorpe، R. Green، M. Eastwood، J. Fahlen، P. Brodrick و D. Jensen از آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا. G. M. Garcia، M. M. San Martin و I. I. Loitxate از IMEO. B. Shetty، V. Batchu، A. Wilson، M. Conserva، C. Van Arsdale، A. Michalak و M. Kansal از گوگل. C. de Franchis و J. A. Guery of Kayrros; Z. Mouton، M. Richard و R.

هاپرتز از اربیو زمین؛ M. Girard، D. Jervis، J. McKeever، A. Deslieres و N. Schultz از GHGSat. J. Roger Juan، A. V. Iglesias و L. G. Palomar از UPV; F. Li و Y. Zhang از NJU. A. Hayden و J. Wan از Arka; C. Hulbert و B. Rouet-Leduc از Geolabe; A. Gilat و A. Eshel of Momentick; X. Zhang، J. D. Maasakkers و I. Aben از SRON. K. Brodie و A. Spivey از Orbital Sidekick; و S. Noel، M. Buchwitz، J. Hachmeister، M. Hilker و M. Reuter از دانشگاه برمن.

ما همچنین از مرکز هوافضای آلمان و آژانس فضایی ایتالیا برای کمک به ماموریت ماهواره های EnMAP و PRISMA تشکر می کنیم. ما از K. Galvin، J. Romo، R. Xie و E. Whiting برای کمک به بازدیدهای میدانی، راه اندازی سایت و تجزیه و تحلیل هواشناسی تشکر می کنیم. تیم‌های Volta، Rawhide Leasing (M. Norton، K. Loflin، J. Elliot، V. Christensen، D. Nesterenko، P. Bermudez و R. Baker)، Wematics (M. Aragon و P. Matteschk)، و Armadillo Trucking (K. Kurtesevic و A. Kurtesevic و A. Kurtesevic با پشتیبانی از موتورهای آزمایشی)

این تحقیق توسط مرکز جهانی متان، بنیاد گرانتهام، عربستان سعودی آرامکو و طرح گاز طبیعی استانفورد (برنامه وابسته به صنعت) حمایت شد. زمان تحقیق F.E.R توسط برنامه دانشگاهیان نایت-هنسی استنفورد حمایت شد.

گروه علوم و مهندسی انرژی، دانشگاه استنفورد، استانفورد، کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا

علوم و مهندسی آب و هوا و فضا، دانشگاه میشیگان، آن آربور، MI، ایالات متحده آمریکا

موسسه انرژی و علوم زیستی، دانشگاه کالیفرنیا-برکلی، برکلی، کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا

گروه مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه آیووا، آیووا سیتی، IA، ایالات متحده آمریکا

گروه شیمی اتمسفر، موسسه شیمی ماکس پلانک، ماینز، آلمان

F.E.R.، T.A.، E.D.S.، E.A.K. و A.R.B. مطالعه را مفهوم سازی کرد. F.E.R.، T.A.، E.D.S.، S.H.E. و A.R.B. روش شناسی را ابداع کرد. A.R.B. منابع را مدیریت کرد. F.E.R. و ت.ا. داده ها را مدیریت کرد F.E.R.، T.A. و A.R.B. تجزیه و تحلیل رسمی را انجام داد. F.E.R.، T.A.، A.R.B. پروژه را اداره کرد و E.A.K. و A.R.B. بر پروژه نظارت داشت. F.E.R. و A.R.B. پیش نویس اصلی را نوشت. F.E.R.، T.A.، E.A.K.، E.D.S.، S.H.E. و A.R.B. نسخه خطی را بررسی و ویرایش کرد. E.A.K. و A.R.B. به تامین بودجه کمک کرد.

E.A.K. رئیس کمیته علم و اندازه گیری نقشه کربن است. A.R.B. همچنین عضو کمیته است. همه نویسندگان دیگر هیچ منافع رقیبی را اعلام نمی کنند.

Nature از داوران ناشناس برای کمک آنها در بررسی همتایان این اثر تشکر می کند. گزارش های بازبین همتا در دسترس است.

یادداشت ناشر Springer Nature با توجه به ادعاهای قضایی در نقشه های منتشر شده و وابستگی های سازمانی بی طرف باقی می ماند.

این فایل دارای چهار بخش است: (1) جدول زمانی مطالعه. (2) ماهواره ها و تیم های تحلیلگر شرکت کننده؛ (3) نتایج تکمیلی. و (4) روش های تکمیلی. بخش 1 و 2 طراحی آزمایشی و شرکت کنندگان را شرح می دهد. بخش 3 شامل نتایج تشخیص و کمی سازی دقیق است. بخش 4 تجهیزات هواشناسی و روش های کالیبراسیون را توضیح می دهد. فایل شامل 93 شکل و 13 جدول می باشد.

Springer Nature یا مجوز دهنده آن (به عنوان مثال یک انجمن یا شریک دیگر) حقوق انحصاری این مقاله را تحت توافقنامه انتشار با نویسنده(ها) یا سایر دارندگان حقوق دارند. آرشیو خود نویسنده نسخه خطی پذیرفته شده این مقاله صرفا تحت شرایط چنین توافق نامه انتشار و قوانین قابل اجرا است.

Reuland، F.E.، Adams، T.، Sherwin، E.D. و همکاران ارزیابی تشخیص متان مبتنی بر فضا از طریق یک آزمایش کور یک ساله Nature 658, 673-681 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-11115-0

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-11115-0

هر کسی که پیوند زیر را با او به اشتراک بگذارید، می‌تواند این محتوا را بخواند:

با عرض پوزش، پیوند قابل اشتراک گذاری در حال حاضر برای این مقاله موجود نیست.

ارائه شده توسط Springer Nature SharedIt ابتکار اشتراک محتوا