Google và NASA JPL công bố mô hình AI bản đồ các luồng khí metan toàn cầu

Google và Phòng Nghiên cứu Động cơ Tên lửa của NASA (JPL) đã giới thiệu MAPL-EMIT vào ngày 9 tháng 9 năm 2026, một mô hình học sâu có khả năng phát hiện, định lượng và xác định vị trí các luồng khí metan trên toàn cầu từ công cụ vệ tinh EMIT của NASA, theo thông báo của Google. Google cho biết mô hình, được huấn luyện trên 3,6 triệu luồng khí metan mô phỏng bằng vật lý, phát hiện được nhiều luồng hơn 50% so với các chuyên gia con người và xác định hơn 23.000 luồng bổ sung trên toàn cầu, bao gồm các luồng tại 24 trong số 25 bãi rác thải lớn nhất thế giới.

Hệ thống, chính thức được đặt tên là Phân tích Metan và Xác định Vị trí Luồng khí với EMIT, được mô tả trong một nghiên cứu của Tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) do các nhà nghiên cứu tại Google Research và JPL thực hiện, và trong một bài đăng kỹ thuật của Google Research ngày 1 tháng 9 năm 2026, do kỹ sư nghiên cứu Vishal Batchu và nhà khoa học nghiên cứu Michelangelo Conserva viết. Batchu cũng là người viết thông báo của Google ngày 9 tháng 9.

Giám sát Metan và Công cụ EMIT

Thông báo của Google mô tả metan là một khí nhà kính mạnh, tiềm năng làm nóng của nó trong vòng 100 năm gấp 30 lần so với carbon dioxide. Nghiên cứu cho biết tiềm năng làm nóng toàn cầu của metan trong 20 năm là 81–86 lần so với CO2, quy trách nhiệm khoảng 25% sự ấm lên do con người gây ra kể từ đầu thời kỳ công nghiệp cho khí này, và ghi nhận thời gian tồn tại trong khí quyển khoảng chín năm. Hơn 125 quốc gia đã cam kết giảm 30% lượng phát thải metan vào năm 2030 theo Cam kết Metan Toàn cầu, và nghiên cứu báo cáo hoạt động của con người chiếm 60% lượng metan toàn cầu, được chia thành chất thải (19%), nông nghiệp (44%) và năng lượng (37%) trong phần này.

EMIT, viết tắt của Earth Surface Mineral Dust Source Investigation, hoạt động trên Trạm Vũ trụ Quốc tế và ban đầu được thiết kế để lập bản đồ thành phần khoáng chất ở các khu vực khô cằn. Thiết bị ghi lại 285 dải quang phổ từ 381 đến 2.493 nanomet với độ phân giải không gian 60 mét và dải quét 80 km; việc ghi lại hàng trăm dải riêng biệt cho mỗi pixel cho phép hiển thị dấu vân tay hoá học của một khí thường không thể nhìn thấy, theo bài đăng của Google Research. Nghiên cứu so sánh cấu hình này với các bộ lập bản đồ toàn cầu như TROPOMI, vốn có dải quét khoảng 2.600 km và độ phân giải 5,5 × 3,5 km để theo dõi nồng độ metan nền, một quy mô quá thô để tách riêng các nguồn phát riêng lẻ.

Mô hình Vision Transformer được Huấn luyện trên Các Luồng Khí Mô Phỏng

MAPL-EMIT là một mô hình vision transformer đầu cuối, xử lý toàn bộ quang phổ bức xạ của EMIT để đồng thời thu hồi mức tăng metan trên tất cả các pixel trong một cảnh. Mô hình kết hợp bộ mã hóa Swin-v2-S transformer với khoảng 30 triệu tham số và bộ giải mã convolution trong kiến trúc kiểu U-Net, thực hiện ba nhiệm vụ đồng thời: định lượng mức tăng metan trên mỗi pixel, vẽ ra hình dạng và ranh giới của từng luồng khí, và xác định nguồn phát của mỗi phát thải. Nghiên cứu cho biết điều này bao gồm việc tách các luồng khí chồng chập từ các cơ sở lân cận, một trường hợp mà các phương pháp hiện có không nắm bắt tốt.

Vì không có bộ dữ liệu được gán nhãn gồm hàng triệu luồng khí thực tế, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một quy trình mô phỏng dựa trên vật lý, tạo ra 3,6 triệu luồng khí tổng hợp bằng các mô hình puff Lagrangian, mô phỏng cách các hạt lan tỏa trong không khí, và chèn chúng vào các cảnh EMIT thực tế bằng cách truyền dẫn bức xạ dòng từng dòng với dữ liệu quang phổ HITRAN. Các nhà nghiên cứu chia 235.000 ô EMIT thành các tập huấn luyện, xác thực và kiểm tra, và huấn luyện mô hình trên 32 chip Google TPU trong khoảng 96 giờ. Google Research cho biết dữ liệu tổng hợp đã đưa mô hình tiếp xúc với các mức phát thải, địa hình và điều kiện khí quyển đa dạng, nâng cao khả năng tổng quát của nó đối với các quan sát thực tế.

Xác thực trên Các Thước đo Tổng hợp và Thực tế

Trong các thước đo thực tế, nghiên cứu báo cáo MAPL-EMIT đã nắm bắt được 84% các phức hợp luồng khí EMIT L2B của NASA được chú thích thủ công trên tập kiểm tra gồm 1.084 granule EMIT, đồng thời xác định khoảng 1,5 lần số luồng khả dĩ so với các nhà phân tích con người. Số phát hiện ban đầu của mô hình là 3.672 trên các granule đó, giảm xuống còn 2.209 sau khi lọc chỉ giữ lại các luồng trên đất được phát hiện trong hơn 13 trong số 16 suy luận chồng chập.

Để ước tính tỷ lệ dương tính giả, nhóm chạy mô hình trên 20.000 granule nơi dự kiến có ít luồng khí. Nghiên cứu báo cáo 1.513 phát hiện sau khi lọc, trong đó 355 được đánh giá là có khả năng thật dựa trên việc đánh giá khớp quang phổ; 1.158 phát hiện còn lại chưa được xác nhận, phần lớn trên địa hình đồi núi hoặc rừng rậm, đưa ra ước tính bảo thủ khoảng 0,06 luồng dương tính giả trên mỗi granule.

Mô hình xác định các luồng tiềm năng tại 24 trong số 25 bãi rác thải phát thải lớn nhất thế giới; nghiên cứu lưu ý rằng công trình trước đó đã phát hiện các luồng tiềm năng của sản phẩm EMIT L2B tại 17 trong số 25 địa điểm này. So với các quan sát hàng không đồng thời của AVIRIS-3, MAPL-EMIT phát hiện được hai trong ba luồng có thể phân giải mà không có dương tính giả và đạt tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) là 8,60, so với 1,21 của bộ lọc khớp lại AVIRIS-3 được lấy mẫu lại và 0,40 của bộ lọc khớp L2B tiêu chuẩn. Trong các thí nghiệm giải phóng có kiểm soát của Stanford thực hiện từ ngày 1 tháng 8 năm 2024 đến ngày 31 tháng 12 năm 2025, gần một địa điểm thực địa ở Arizona, mô hình phát hiện được năm trong bảy lần giải phóng và không tạo ra dương tính giả tại các vị trí giải phóng.

Trên các thước đo tổng hợp, độ chính xác trên mỗi luồng tăng từ 0,80 đối với các luồng yếu nhất lên 0,97 đối với các luồng mạnh nhất, độ thu hồi (recall) tăng từ 0,33 lên 0,93, và sai số trung bình vị trí nguồn là 101 mét. Nghiên cứu báo cáo mô hình ổn định trong việc nắm bắt các luồng tương ứng với tốc độ rò rỉ từ 250 đến 500 kg/h ở tốc độ gió danh định 2,5 m/s, cải thiện khoảng 2‑4 lần so với các mô hình hiện có, và đạt sai số phần trăm tuyệt đối trung bình đối xứng 56% trên 1.084 granule so sánh, so với 117% cho các luồng EMIT L2B.

Hạn chế, Phát hành Công khai và Các Bước Tiếp theo

Các tác giả cho biết dương tính giả vẫn là một thách thức mở, đặc biệt ở địa hình phức tạp, và MAPL-EMIT cho thấy số dương tính giả đáng kể hơn so với các danh mục đã được chuyên gia kiểm duyệt như các phức hợp luồng EMIT L2B. Mỗi luồng trong cơ sở dữ liệu được phát hành được gắn thẻ là độ tin cậy thấp hoặc cao dựa trên điểm khớp quang phổ dựa trên vật lý và số lần phát hiện qua các suy luận chồng chập, và các tác giả cảnh báo rằng danh mục này không được kỳ vọng là đầy đủ, vì khoảng 16% các phức hợp luồng EMIT L2B không được nắm bắt.

Cùng với bài báo, Google đã phát hành cơ sở dữ liệu luồng toàn cầu và raster tăng cường metan dưới dạng các bộ sưu tập Earth Engine, một ứng dụng Earth Engine để trực quan hoá dữ liệu, mô hình đã huấn luyện và bộ dữ liệu luồng tổng hợp trên Kaggle, và một thư viện suy luận trên GitHub. Bài nghiên cứu được nhận vào ngày 11 tháng 4 năm 2026, chấp nhận vào ngày 3 tháng 8 năm 2026 và xuất bản trực tuyến vào ngày 1 tháng 9 năm 2026; nó xuất hiện trong PNAS Tập 123, Số 36, ngày 8 tháng 9 năm 2026.

Các tác giả cho biết nghiên cứu trong tương lai sẽ mở rộng quy trình sang việc thu hồi đa khí và đa vệ tinh và hướng tới ước tính tốc độ phát thải đầu cuối, điều này sẽ tạo ra các ước tính tốc độ rò rỉ trực tiếp mà không cần tích hợp gió sau khi thu thập dữ liệu. Bài đăng của Google Research lưu ý rằng các máy quang phổ ảnh mới thế hệ của NASA dự kiến sẽ tăng phạm vi phủ sóng gấp 30 đến 50 lần.