Спутники не видят половину экстремальных выбросов CO2: новое исследование AGU Advances

Растения и почвы постоянно обмениваются углекислым газом (CO2) с атмосферой. Экстремальные климатические события, такие как засухи, волны тепла, наводнения и лесные пожары, могут сильно нарушить этот обмен. Например, европейская летняя засуха 2003 года высвободила столько углерода, сколько экосистемы континента накопили за предыдущие четыре года.

Lei et al. [2026] спрашивают, насколько хорошо эти экстремальные события могут быть обнаружены по атмосферным наблюдениям CO2. Авторы задают известный «истинный» углеродный поток, моделируют то, что наблюдали бы спутник NASA Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) и наземные станции, а затем используют обратную модель, чтобы определить, насколько хорошо экстремумы поверхностного потока могут быть восстановлены. Они обнаруживают, что OCO-2 обнаруживает гораздо больше экстремумов, чем одни наземные станции, но в реалистичных условиях он идентифицирует только около 16% местоположений экстремумов и около половины даже в идеализированном, безошибочном случае.

Почему это важно?

Выведенные величины этих событий также последовательно недооцениваются. Обнаружение лучше для крупных и длительных событий и для жарких и сухих экстремумов, в то время как холодные и влажные события труднее обнаружить, потому что облака часто ограничивают спутниковые наблюдения. Эти результаты подчёркивают как ценность, так и текущие ограничения спутникового мониторинга углерода, а также важность будущих миссий с более широким покрытием для понимания того, как климатические экстремумы влияют на углеродный цикл Земли.

Эти карты показывают, где происходили экстремальные события углеродного потока в течение 2015–2020 годов в смоделированном «истинном» углеродном потоке (вверху), и процент событий, которые могли быть обнаружены с использованием смоделированных спутниковых данных OCO-2 в реалистичных условиях (внизу слева) и в идеализированном, безошибочном случае (внизу справа). Обнаружение наиболее высоко в регионах с плотным спутниковым покрытием, таких как США, и ниже в регионах с редкими наблюдениями, таких как северная Сибирь. Фото: Lei et al. [2026], Figure 2(a, d, e)

Что такое OCO-2 и как он работает?

Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) — это спутник NASA, запущенный в 2014 году для измерения концентрации углекислого газа в атмосфере с беспрецедентной точностью. Он использует спектрометры для анализа солнечного света, отражённого от поверхности Земли, и определения количества CO2 в столбе атмосферы под спутником.

OCO-2 обеспечивает глобальное покрытие, но его наблюдения ограничены облачностью, временем суток и орбитальной траекторией. Наземные станции, такие как сеть TCCON, обеспечивают более точные измерения, но их покрытие крайне неравномерно — большинство станций расположены в Северной Америке и Европе, в то время как обширные регионы Африки, Южной Америки и Сибири почти не охвачены.

Что показало исследование?

Исследование Lei et al. использовало компьютерное моделирование, чтобы оценить, насколько хорошо OCO-2 и наземные станции могут обнаруживать экстремальные события углеродного потока. Результаты показали, что:

1. OCO-2 обнаруживает больше экстремумов, чем наземные станции. Это ожидаемо, поскольку спутник имеет глобальное покрытие.

2. Но даже OCO-2 обнаруживает только около 16% экстремумов в реалистичных условиях. Это означает, что большинство экстремальных событий остаются незамеченными.

3. В идеализированных условиях (без облаков и ошибок) OCO-2 обнаруживает около половины экстремумов. Это показывает, что ограничения связаны не только с технологией, но и с фундаментальными физическими препятствиями.

4. Величина событий недооценивается. Даже когда событие обнаружено, его масштаб часто занижается.

5. Обнаружение лучше для крупных, длительных, жарких и сухих событий. Холодные и влажные события труднее обнаружить из-за облачности.

Это исследование имеет важные последствия для будущих миссий по мониторингу углерода. Оно показывает, что для понимания того, как климатические экстремумы влияют на углеродный цикл, необходимы:

• Более широкое покрытие. Будущие спутники должны иметь более широкие полосы обзора и более частое повторное посещение.

• Комбинирование спутниковых и наземных данных. Наземные станции обеспечивают точность, спутники — покрытие. Вместе они дают более полную картину.

• Улучшение моделей. Обратные модели должны учитывать ограничения наблюдений и неопределённости.

• Новые технологии. Такие миссии, как GeoCARB и OCO-3, могут улучшить покрытие и точность.

Понимание экстремальных углеродных потоков критически важно для прогнозирования изменения климата. Если экосистемы начинают выделять больше углерода, чем поглощают, это может ускорить глобальное потепление. Поэтому мониторинг этих событий — не просто научный интерес, а необходимость для разработки эффективной климатической политики.

Источники: AGU Advances, NASA, Lei et al. [2026], OCO-2, TCCON, GeoCARB, OCO-3.