پایش انتشار متان در ایران با استفاده از داده‌های ماهواره Sentinel-P5: تحلیل روند انتشار و شناسایی منابع بحرانی (۲۰۱۹-۲۰۲۳)

بابائی, بهناز; دوستی, رضا; جوادنیا, اسلام; کیایی, سینا; کرمی, حشمت; عبدی, امیرحسین

doi:10.22061/jrsgr.2025.12508.1109

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ گروه مهندسی نقشه برداری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

² پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران

https://doi.org/10.22061/jrsgr.2025.12508.1109

چکیده

پیشینه و اهداف: متان به‌عنوان دومین گاز گلخانه‌ای مهم پس از دی‌اکسید کربن، نقش چشمگیری در تشدید پدیده گرمایش جهانی دارد. پتانسیل گرمایش جهانی این گاز در بازه زمانی صدساله، حدود ۲۸ برابر بیشتر از دی‌اکسید کربن برآورد شده است. بر اساس گزارش‌های هیئت بین‌دولتی تغییرات اقلیمی (IPCC)، حدود ۴۰ درصد از انتشار متان با منشأ انسانی به بخش انرژی، به‌ویژه صنایع نفت و گاز، مربوط می‌شود. ایران به‌عنوان یکی از تولیدکنندگان عمده نفت و گاز جهان، با چالشی جدی در زمینه کنترل و پایش انتشار این گاز گلخانه‌ای مواجه است؛ موضوعی که در چارچوب تعهدات بین‌المللی همچون توافق‌نامه پاریس از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. ماهواره Sentinel-5P مجهز به حسگر TROPOMI با قابلیت تفکیک مکانی بالا و پوشش روزانه، امکان پایش مستمر و کمی‌سازی انتشار متان را در مقیاس جهانی فراهم کرده است. هدف این پژوهش، بررسی روند تغییرات انتشار متان در ایران طی دوره پنج‌ساله (۲۰۱۹ تا ۲۰۲۳) و شناسایی مناطق بحرانی از نظر میزان انتشار است.
روش‌ها‌: این پژوهش با رویکرد توصیفی–تحلیلی و بر پایه سری‌های زمانی داده‌های روزانه سنجنده TROPOMI ماهواره Sentinel-5P در پلتفرم Google Earth Engine انجام شد. داده‌های غلظت متان با تفکیک مکانی ۵/۵×۷ کیلومتر برای کل محدوده جغرافیایی ایران استخراج و به‌صورت میانگین‌های سالانه، فصلی و ماهانه پردازش گردید. به‌منظور تحلیل روندهای زمانی و الگوهای مکانی، نقشه‌ها و نمودارهای تغییرات پنج‌ساله تولید و بررسی شدند تا روندهای غالب و نواحی با انتشار بالا شناسایی شوند.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که میانگین سالانه غلظت متان در ایران طی دوره مورد مطالعه روندی افزایشی داشته و نرخ رشد سالانه آن حدود ۰۳/۰ درصد برآورد شده است. مقدار میانگین ثبت‌شده، به‌طور متوسط 21/101 ppb بالاتر از آستانه ۱۸۰۰ ppb تعیین‌شده توسط IPCC بوده‌اند. بررسی تغییرات فصلی نشان داد بیشترین میزان انتشار در فصل‌های پاییز و زمستان رخ می‌دهد که احتمالاً ناشی از افزایش فعالیت‌های استخراج گاز و کاهش کارایی سامانه‌های کنترل نشت در دوره‌های سرد سال است. مجموع کل انتشار متان از تمامی منابع طی پنج سال، به رقم قابل‌توجه ۱٬۴۸۷٬۱۳۴٬۷۰۵ ppb رسید.
نتیجه‌گیری: یافته‌های این پژوهش بیانگر چالش جدی ایران در زمینه مدیریت و کنترل انتشار متان است. روند افزایشی این گاز گلخانه‌ای، ضرورت تدوین و اجرای سیاست‌های مؤثر کاهش انتشار را برجسته می‌سازد. در این راستا، بهره‌گیری از سامانه‌های پیشرفته تشخیص نشت و سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نوین کنترل انتشار می‌تواند نقش بسزایی در کاهش اثرات زیست‌محیطی ایفا کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

سنجش از دور

عنوان مقاله [English]

Monitoring methane emissions in Iran using Sentinel-P5 satellite data: Analyzing emission trends and identifying critical sources (2019-2023)

نویسندگان [English]

Behnaz Babaei ¹
Reza Dousti ¹
Eslam Javadnia ¹
Sina Kiaei ¹
Heshmat Karami ²
Amir Hossein Abdi ²

¹ Department of Geomatics Engineering, Faculty of Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran

² Iranian Space Research Center, Tehran, Iran

چکیده [English]

Background and Objectives: Methane, as the second most important greenhouse gas after carbon dioxide, plays a significant role in intensifying global warming. Its global warming potential (GWP) over a 100-year period is estimated to be about 28 times greater than that of carbon dioxide. According to reports by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), approximately 40% of anthropogenic methane emissions are linked to the energy sector, particularly the oil and gas industries. As one of the major producers of oil and gas worldwide, Iran faces serious challenges in monitoring and controlling methane emissions—a matter of particular importance within the framework of international commitments such as the Paris Agreement. The Sentinel-5P satellite, equipped with the TROPOMI sensor, provides high spatial resolution and daily coverage, enabling continuous monitoring and quantification of methane emissions on a global scale. This study aims to examine the temporal trends of methane emissions in Iran over a five-year period (2019–2023) and to identify critical areas in terms of emission intensity.
Methods: This research was conducted using a descriptive–analytical approach based on time-series data derived from the TROPOMI sensor onboard the Sentinel-5P satellite within the Google Earth Engine platform. Methane concentration data with a spatial resolution of 5.5 × 7 km were extracted for the entire geographical extent of Iran and processed to obtain annual, seasonal, and monthly averages. To analyze temporal trends and spatial patterns, five-year variation maps and charts were generated to identify dominant trends and high-emission regions.
Findings: The results indicated an increasing trend in the annual mean methane concentration over Iran during the study period, with an estimated annual growth rate of about 0.03%. On average, methane concentrations exceeded the IPCC threshold of 1800 ppb by approximately 101.21 ppb. Seasonal analyses revealed that the highest concentrations occurred in autumn and winter, likely due to increased gas extraction activities and reduced efficiency of leakage control systems during colder periods. The total cumulative methane concentration from all sources during the five-year study period reached a considerable value of 1,487,134,705 ppb.
Conclusion: The findings highlight a serious challenge for Iran in managing and controlling methane emissions. The observed upward trend underscores the urgent need to formulate and implement effective mitigation policies. In this regard, the deployment of advanced leak detection systems and investment in modern emission control technologies can play a significant role in reducing the environmental impacts of methane.

کلیدواژه‌ها [English]

Methane Emissions
Climate Change
Sentinel-5p Satellite
TROPOMI Sensor . Remote Sensing

COPYRIGHTS

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/)

مراجع

[1] Dubey, L., J. Cooper, and A. Hawkes, Minimum detection limits of the TROPOMI satellite sensor across North America and their implications for measuring oil and gas methane emissions. Science of The Total Environment, 2023. 872: p. 162222. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.162222

[2] Rogelj, J., et al., Paris Agreement climate proposals need a boost to keep warming well below 2 C. Nature, 2016. 534(7609): p. 631-639. https://doi.org/10.1038/nature18307

[3] Irakulis-Loitxate, I., et al., Satellites detect abatable super-emissions in one of the world’s largest methane hotspot regions. Environmental science & technology, 2022. 56(4): p. 2143-2152. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c04873

[4] Shindell, D., et al., Global methane assessment: Benefits and costs of mitigating methane emissions. 2021, United Nations Environment Programme.

[5] Alvarez, R.A., et al., Assessment of methane emissions from the US oil and gas supply chain. Science, 2018. 361(6398): p. 186-188. https://doi.org/10.1126/science.aar7204

[6] Zhang, Y., et al., Quantifying methane emissions from the largest oil-producing basin in the United States from space. Science advances, 2020. 6(17): p. eaaz5120. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz5120

[7] Jacob, D.J., et al., Satellite observations of atmospheric methane and their value for quantifying methane emissions. Atmospheric Chemistry and Physics, 2016. 16(22): p. 14371-14396. https://doi.org/10.5194/acp-16-14371-2016

[8] UNFCCC, The paris agreement. United Nations, 2015.

[9] Kyoto Protocol United Nations framework convention on climate change. Kyoto Protocol, Kyoto, 1997. 19(8): p. 1-21.

[10] Mousavi, A., et al., A policy context and process analysis to implement the Paris Agreement on climate change in the health system of Iran. BMC Public Health, 2025. 25(1): p. 893. https://doi.org/10.1186/s12889-025-22029-3

[11] Yousef, S., Iran’s commitments toward meeting the goals of Paris Agreement: harnessing the global temperature rise. Региональные проблемы, 2018. 21(3-1): p. 112-114.

https://doi.org/10.31433/1605-220X-2018-21-3(1)-112-114

[12] Sabory, N.R., M.S.S. Danish, and T. Senjyu, Afghanistan's Energy and Environmental Scenario, in Energy and Environmental Outlook for South Asia. 2020, CRC Press. p. 17-38. https://doi.org/10.1201/9781003131878-2

[13] Oyewunmi, T., Transnational Approaches to Controlling Methane Emissions from Oil and Gas Operations (Chapter 13). Reducing Emissions of Short-Lived Climate Pollutants: Perspectives on Law and Governance (Brill, 2023) pp, 2023: p. 364-391. https://doi.org/10.1163/9789004684089_015

[14] Boyd, R., J. Turner, and B. Ward, Intended nationally determined contributions: what are the implications for greenhouse gas emissions in 2030? 2015.

[15] Yoshida, Y., et al., Retrieval algorithm for CO 2 and CH 4 column abundances from short-wavelength infrared spectral observations by the Greenhouse gases observing satellite. Atmospheric Measurement Techniques, 2011. 4(4): p. 717-734. https://doi.org/10.5194/amt-4-717-2011

[16] Inoue, M., et al., Validation of XCO 2 derived from SWIR spectra of GOSAT TANSO-FTS with aircraft measurement data. Atmospheric Chemistry and Physics, 2013. 13(19): p. 9771-9788. https://doi.org/10.5194/acp-13-9771-2013

[17] Sentinels. Sentinel-5P TROPOMI [Online]. Available:. 2017.

[18] TROPOMI. TROPOMI-TROPOspheric Monitoring Instrument. Available:. 2017.

[19] Pandey, S., et al., Daily detection and quantification of methane leaks using Sentinel-3: a tiered satellite observation approach with Sentinel-2 and Sentinel-5p. Remote Sensing of Environment, 2023. 296: p. 113716.

https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113716

[20] Sadavarte, P., et al., Methane emissions from superemitting coal mines in Australia quantified using TROPOMI satellite observations. Environmental Science & Technology, 2021. 55(24): p. 16573-16580.

https://doi.org/10.1021/acs.est.1c03976

[21] Liu, M., et al., A new divergence method to quantify methane emissions using observations of Sentinel‐5P TROPOMI. Geophysical Research Letters, 2021. 48(18): p. e2021GL094151. https://doi.org/10.1029/2021GL094151

[22] Maasakkers, J.D., et al., Using satellites to uncover large methane emissions from landfills. Science Advances, 2022. 8(31): p. eabn9683. https://doi.org/10.1126/sciadv.abn9683

[23] Mohammadi, M. and M. Akhoondzadeh, Monitoring and detection of methane gas in Tehran in Google Earth Engine. Journal of Geoinformatics in Civil Engineering, 2023. 1(1): p. 41-52.

[24] Vahabpour, A., et al., A study on environmental effects of gas flaring in Iran and its role for the country's commitments in Paris agreement. Strategic Studies of public policy, 2018. 8(27): p. 133-154.

[25] Matthews, R. and H.F. Nashli, The archaeology of Iran from the Palaeolithic to the Achaemenid empire. 2022: Routledge.

https://doi.org/10.4324/9781003224129

[26] Zarrinkafsh, M.K., "Geomorphological Characteristics of the Zagros and Alborz Mountain Ranges". Iranian Journal of Earth Sciences, 2003: p. 1(1), 1-14.

[27] Iran, I. Iran-Greece Chamber of Commerce. 2019.

[28] Lorente, A., et al., Accounting for surface reflectance spectral features in TROPOMI methane retrievals. Atmospheric Measurement Techniques Discussions, 2022. 2022: p. 1-15.

https://doi.org/10.5194/amt-2022-255

[29] Hossein, A.A. Google Earth Engine. Available:. 2018.

[30] Gorelick, N., et al., Google Earth Engine: Planetary-scale geospatial analysis for everyone. Remote sensing of Environment, 2017. 202: p. 18-27.

https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.06.031

[31] Butz, A., et al., TROPOMI aboard Sentinel-5 Precursor: Prospective performance of CH4 retrievals for aerosol and cirrus loaded atmospheres. Remote sensing of environment, 2012. 120: p. 267-276. https://doi.org/10.1016/j.rse.2011.05.030

[32] Masson-Delmotte, V., et al., Climate change 2021: the physical science basis. Contribution of working group I to the sixth assessment report of the intergovernmental panel on climate change, 2021. 2(1): p. 2391.

[33] Solomon, S., et al., AR4 Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 2007, Cambridge University Press, Cambridge, UK.

[34] Agency, U.S.E.P. Methane super-emitter program. 2025 [cited 2025 Retrieved August 9, 2025.

[35] Kohan, B.G. and H. Dahouei, Reforming Iran’s Energy Policy: Strategies for Sustainability, Subsidies, and Global Integration. journal of public & international affairs, 2025.

پژوهش های سنجش از دور و اطلاعات مکانی

پایش انتشار متان در ایران با استفاده از داده‌های ماهواره Sentinel-P5: تحلیل روند انتشار و شناسایی منابع بحرانی (۲۰۱۹-۲۰۲۳)

مراجع

مراجع

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 16 آذر 1404

پایش انتشار متان در ایران با استفاده از داده‌های ماهواره Sentinel-P5: تحلیل روند انتشار و شناسایی منابع بحرانی (۲۰۱۹-۲۰۲۳)

مراجع

مراجع

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده انتشار آنلاین از تاریخ 16 آذر 1404

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 16 آذر 1404