Estimation of methane emissions using TROPOMI and divergence analysis: A top-down assessment of Ghana’s national-scale methane budget

يُعد الميثان غازًا دفيئًا قويًا، فهو غير مرئي للعين ولكنه قوي بما يكفي لحبس الحرارة في الغلاف الجوي ودفع التغير المناخي. وبينما غالبًا ما يهيمن ثاني أكسيد الكربون على النقاشات، فإن الميثان أكثر كفاءة بكثير في تسخين الكوكب على المدى القصير، مما يجعل التحكم فيه أولوية قصوى للأهداف المناخية العالمية. وفي أجزاء كثيرة من العالم، لا سيما في الدول النامية، يمثل تتبع مصدر هذا الغاز لغزًا صعبًا. تعتمد الطرق التقليدية على إحصاء الأنشطة — مثل عدّ عدد الأبقار أو قياس استهلاك الوقود — وضرب هذه الأرقام في معدلات انبعاثات تقديرية. وهذا النهج، المعروف باسم "الجرد من أسفل إلى أعلى" (bottom-up inventory)، غالبًا ما يخطئ الهدف لأنه يعتمد على بيانات غير كاملة وافتراضات قد لا تعكس الواقع على الأرض. وللحصول على صورة أوضح، يتجه العلماء إلى نهج "من أعلى إلى أسفل" (top-down approach): وهو النظر إلى الغلاف الجوي نفسه. فمن خلال قياس التركيز الفعلي للميثان في الهواء من الفضاء، يمكن للباحثين العمل بشكل عكسي لمعرفة كمية الغاز التي يتم إطلاقها من السطح أدناه، مما يوفر فحصًا مباشرًا لما يحدث في العالم الحقيقي.

وفي دراسة جديدة ركزت على غانا، طبقت الباحثتان نادين أوسي-إيسا ويويتشي س. هاياكاوا هذا المنظور القائم على الأقمار الصناعية لرسم خريطة لانبعاثات الميثان في البلاد لأول مرة على المستوى الوطني. وقد استعانتا ببيانات من القمر الصناعي "سنتينل-5 بي" (Sentinel-5P)، الذي يحمل جهازًا يُسمى "تروبومي" (TROPOMI) قادرًا على اكتشاف جزيئات الميثان في الغلاف الجوي. لم يكتفِ الفريق بمجرد النظر إلى مكان تركز الغاز؛ بل حللوا كيفية تحرك هذا الغاز مع الرياح. ومن خلال الجمع بين قياسات القمر الصناعي لمستويات الميثان وبيانات الرياح التفصيلية، استخدموا تقنية رياضية تسمى "تحليل التباعد" (divergence analysis). يقوم هذا الأسلوب أساسًا بتتبع كيفية انتشار الغاز أثناء انتقاله مع الرياح. فإذا حملت الرياح رقعة من الهواء ذات مستويات عالية من الميثان بعيدًا عن المصدر، فإن التغير في التركيز عبر تلك المنطقة يكشف عن قوة الانبعاث الموجود تحتها. وقد سمح هذا النهج للعلماء بتجاوز الحاجة إلى أجهزة الاستشعار الأرضية، التي تعد نادرة في المنطقة، وجعل الغلاف الجوي نفسه يروي قصة مصدر الغاز.

رسمت النتائج صورة متميزة لمشهد الميثان في غانا، حيث كشفت عن انقسام واضح بين الشمال والجنوب. فقد أظهرت بيانات الأقمار الصناعية أن تركيزات الميثان كانت أعلى بكثير في الجزء الجنوبي من البلاد، لا سيما على طول المناطق الساحلية وحوض نهر فولتا. وفي المقابل، أظهرت المناطق الشمالية مستويات أقل بكثير. ووجد الباحثون أن أنماط الرياح في المنطقة، التي يدفعها الرياح الموسمية لغرب أفريقيا، تدفع الهواء عمومًا من الشمال نحو الجنوب ومن الشرق نحو الغرب. وقد ساعد هذه الحركة في نقل الانبعاثات من مصادرها، مما خلق تدفقًا تمكن العلماء من قياسه. وأظهر معظم البلاد معدلات انبعاثات منخفضة إلى متوسطة، حيث ظلت التدفقات عمومًا أقل من 35 كيلوغرامًا لكل كيلومتر مربع في الساعة. وتشير هذه المستويات إلى أن المصادر الأساسية مرتبطة على الأرجب بالزراعة، مثل زراعة الأرز وتربية الماشية، وكذلك الأنشطة البشرية المختلطة، وليس بتسربات صناعية ضخمة أو انبعاثات هائلة من البنية التحتية للوقود الأحفوري. ومع ذلك، حددت الدراسة بعض "البؤر الساخنة" المتميزة ذات الانبعاثات الأعلى بكثير، والتي وصلت إلى ما يقرب من 88 كيلوغرامًا لكل كيلومتر مربع في الساعة، وتتركز في مناطق أكرا الكبرى، والغربية، وفولتا.

وعندما قارن الباحثون أرقامهم المستمدة من الأقمار الصناعية مع السجل الوطني الرسمي، القائم على طريقة العد من أسفل إلى أعلى، ظهر تفاوت كبير. فقد أشار تحليل الأقمار الصناعية إلى أن السجل الحالي يقلل من تقدير إجمالي كمية الميثان التي يتم إطلاقها. فقد التقطت بيانات الأقمار الصناعية نطاقًا أوسع من شدة الانبعاثات وأظهرت أن الانبعاثات الفعلية كانت أعلى مما تشير إليه التقارير التقليدية. وهذا الفارق ليس مستغربًا بالنظر إلى أن سجلات "من أسفل إلى أعلى" غالبًا ما تواجه صعوبة في حساب الطبيعة المعقدة والمنتشرة للانبعاثات في البيئات الاستوائية، حيث يمكن لعوامل مثل الأراضي الرطبة والممارسات الزراعية المتناثرة أن تطلق الغاز بطرق يصعب التنبؤ بها باستخدام الصيغ القياسية. كما سلطت الدراسة الضوء على أن طريقة الأقمار الصناعية ليست مثالية؛ إذ إن الغطاء السحابي والجسيمات الجوية في المناطق الساحلية الجنوبية حجب أحيانًا رؤية القمر الصناعي، مما يعني أن بعض مناطق الانبعاثات العالية ربما تم إغفالها أو تقديرها بأقل من قيمتها. ورغم هذه القيود، تؤكد الدراسة أن ملاحظات الأقمار الصناعية، عند اقترانها بتحليل الرياح، توفر أداة قوية وضرورية لمراقبة غازات الدفيئة في المناطق التي تفتقر إلى البيانات.

تقدم هذه النتائج أساسًا جديدًا لفهم مساهمة غانا في مستويات الميثان العالمية وتدعم جهود البلاد للوفاء بالتزاماتها المناخية. ومن خلال إثبات أن تكنولوجيا الأقمار الصناعية يمكنها بنجاح رسم خريطة للانبعاثات عبر دولة استوائية، توفر الدراسة إطارًا قابلاً للتكرار لدول أخرى في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى تفتقر إلى شبكات مراقبة أرضية واسعة. ويؤكد البحث أنه بينما توفر السجلات التقليدية خط أساس، إلا أنها قد لا تروي القصة كاملة. فالغلاف الجوي، عندما يُقرأ بشكل صحيح، يكشف عن صورة أكثر تعقيدًا وغالبًا ما تكون أكبر للانبعاثات، مدفوعة بمزيج من الأراضي الرطبة الطبيعية والنشاط البشري. وبينما يسعى العالم لتقليل الميثان لإبطاء تغير المناخ، تصبح هذه الرؤى المستمدة من الأعلى ضرورية للتحقق من التقدم وتوجيه السياسات الفعالة، لضمان أن تكون الجهود المبذولة للحد من الانبعاثات مبنية على ما يحدث فعليًا في الهواء، وليس فقط على ما هو مسجل على الورق.