1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Физика атмосферы и океана
  4. T. 58, № 3, 2022

Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2022, T. 58, № 3, стр. 282-291

Экспериментальные оценки интегральных антропогенных эмиссий СО2 города Санкт-Петербурга

Ю. М. Тимофеев a, *, Г. М. Неробелов a, b, c, **, А. В. Поберовский a

a Санкт-Петербургский государственный университет
199034 Санкт-Петербург, Университетская наб. 7/9, Россия

b Научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН
187110 Санкт-Петербург, ул. Корпусная 18, Россия

c Российский государственный гидрометеорологический университет
195196 Санкт-Петербург, Малоохтинский проспект 98, Россия

* E-mail: y.timofeev@spbu.ru
** E-mail: akulishe95@mail.ru

Поступила в редакцию 14.12.2021
После доработки 22.01.2022
Принята к публикации 09.02.2022

Аннотация

Рост содержания парниковых газов (СО2, CH4, N2O и т.д.) в атмосфере Земли меняет радиационный баланс и приводит к изменениям климата планеты. Важную роль в этом процессе играют антропогенные эмиссии углекислого газа (СО2) от мегаполисов, вклад которых составляет примерно 70% от всех антропогенных выбросов. В работе определены антропогенные эмиссии СО2 мегаполиса Санкт-Петербурга на основе данных экспериментальной программы EMME 2019 г. Использовалась новая методика решения обратной задачи, основанная на априорных данных и применении поправочных множителей только в районах города, охваченных наблюдениями. Новые оценки интегральных антропогенных эмиссий СО2 Санкт-Петербурга находятся в диапазоне 52–72 Мт СО2/год, существенно превышающем инвентаризационные оценки (~30 Мт СО2/год). Однако, минимальное значение диапазона (52 Мт СО2/год) меньше ранее полученных нами эмиссий по данным EMME 2019 года примерно на 21% (65 Мт СО2/год).

Ключевые слова: эмиссии CO2 Санкт-Петербурга, дифференциальный метод, наземные спектроскопические измерения, погрешности, ODIAC, STILT

Список литературы

  1. IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press. In Press.

  2. IEA. World Energy Outlook 2008. Available online: https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2008.

  3. Oda T., Bun R., Kinakh V. et al. Errors and uncertainties in a gridded carbon dioxide emissions inventory // Mitig Adapt Strateg Glob Change. 2019. V. 24. P. 1007–1050.

  4. Bovensmann H., Buchwitz M., Burrows J.P., Reuter M., Krings T., Gerilowski K., Schneising O., Heymann J., Tretner A., Erzinger J. A remote sensing technique for global monitoring of power plant CO2 emissions from space and related applications // Atmos. Meas. Tech. 2010. V. 3. P. 781–811.

  5. Methods for Remote Determination of CO2 Emissions. The MITRE Corporation JASON Program Office 7515 Colshire Drive McLean, Virginia 22102, January 13, 2011.

  6. Bergamaschi P., Danila A., Weiss R.F., Ciais P., Thompson R.L., Brunner D., Levin I., Meijer Y., Chevallier F., Janssens-Maenhout G., Bovensmann H., Crisp D., Basu S., Dlugokencky E., Engelen R., Gerbig C., Günther D., Hammer S., Henne S., Houweling S., Karstens U., Kort E., Maione M., Manning A.J., Miller J., Montzka S., Pandey S., Peters W., Peylin P., PintyB., Ramonet M., Reimann S., Röckmann T., Schmidt M., Strogies M., Sussams J., Tarasova O., van Aardenne J., Vermeulen A.T., Vogel F. Atmospheric monitoring and inverse modelling for verification of greenhouse gas inventories, EUR 29276 EN, Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2018, ISBN 978-92-79-88938-7. https://doi.org/10.2760/759928, JRC111789

  7. Денисов С.Н., Елисеев А.В., Мохов И.И. Вклад естественных и антропогенных эмиссий CO2 и CH4 в атмосферу с территории России в глобальные изменения климата в XXI веке // Докл. Академии наук. 2019. Т. 488. № 1. С. 74–80.

  8. Enting I.G. Inverse Problems in Atmospheric Constituent Transport. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2002. 392 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511535741

  9. Basu S., Baker D.F., Chevallier F., Patra P.K., Liu J, Miller J.B. The impact of transport model differences on CO2 surface flux estimates from OCO-2 retrievals of column average CO2 // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 7189–7215. https://doi.org/10.5194/acp-18-7189-2018

  10. Peylin P., Law R.M., Gurney K.R., Chevallier F., Jacobson A.R., Maki T., Niwa Y., Patra P.K., Peters W., Rayner P.J., Rödenbeck C., van der Laan-Luijkx I.T., Zhang X. Global atmospheric carbon budget: results from an ensemble of atmospheric CO2 inversions // Biogeosciences. 2013. V. 10. P. 6699–6720. https://doi.org/10.5194/bg-10-6699-2013

  11. A Guidebook on the Use of Satellite Greenhouse Gases Observation Data to Evaluate and Improve Greenhouse Gas Emission Inventories,1-st ed.; T. Matsunaga, S. Maksyutov, Eds.; Satellite Observation Center, National Institute for Environmental Studies, Japan, 2018; p. 129

  12. Wunch D., Toon G.C., Blavier J.-F.L., Washenfelder R.A., Notholt J., Connor B.J., Griffith D.W.T., Sherlock V., Wennberg P.O. The Total Carbon Column Observing Network // Philos. T. Roy. Soc. A. 2011. V. 369. P. 2087–2112. https://doi.org/10.1098/rsta.2010.0240

  13. Hase F., Frey,M., Blumenstock T., Groß J., Kiel M., Kohlhepp R., Mengistu Tsidu G., Schäfer, K., Sha M.K., Orphal J. Application of portable FTIR spectrometers for detecting greenhouse gas emissions of the major city 640 Berlin // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 3059–3068. https://doi.org/10.5194/amt-8-3059-2015

  14. Chen J., Viatte C., Hedelius J.K., Jones T., Franklin J.E., Parker H., Gottlieb E.W., Wennberg P.O., Dubey M.K., Wofsy S.C. Differential column measurements using compact solar-tracking spectrometers // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 8479–8498. https://doi.org/10.5194/acp-16-8479-2016

  15. Frey M., Hase F., Blumenstock T., Groß J., Kiel M., Mengistu Tsidu G., Schäfer K., Sha K. M., Orphal J. Calibration and instrumental line shape characterization of a set of portable FTIR spectrometers for detecting greenhouse gas emissions // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 3047–3057.https://doi.org/10.5194/amt-8-3047-2015

  16. Vogel F.R., Frey M., Staufer J., Hase F., Broquet G., Xueref-Remy I., Chevallier F., Ciais P., Sha M.K., Chelin P., Jeseck P., Janssen C., Té Y., Groß J., Blumenstock T., Tu Q., Orphal J. XCO2 in an emission hot-spot region: the COCCON Paris campaign 2015 // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 3271–3285. https://doi.org/10.5194/acp-19- 3271-2019

  17. Tu Q., Hase F., Blumenstock T., Kivi R., Heikkinen P., Sha M.K., Raffalski U., Landgraf J., Lorente A., Borsdorff T., Chen H., Dietrich F., Chen J. Intercomparison of atmospheric CO2 and CH4 abundances on regional scales in boreal areas using Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) analysis, COllaborative Carbon Column Observing Network (COCCON) spectrometers, and Sentinel-5 Precursor satellite observations // Atmospheric Measurement Techniques. 2020. V. 13. P. 4751–4771. https://doi.org/10.5194/amt-13-4751-2020

  18. Dietrich F., Chen J., Voggenreiter B., Aigner P., Nachtigall N., Reger B. MUCCnet: Munich Urban Carbon Column network // Atmos. Meas. Tech. 2021. V. 14. P. 1111–1126. https://doi.org/10.5194/amt-14-1111-2021

  19. Makarova M.V., Alberti C., Ionov D.V., Hase F., Foka S.C., Blumenstock T., Warneke T., Virolainen Y., Kostsov V., Frey M., Poberovskii A.V., Timofeyev Y.M., Paramonova N., Volkova K.A., Zaitsev N.A., Biryukov E.Y., Osipov S.I., Makarov B.K., Polyakov A.V., Ivakhov V.M., Imhasin H.Kh., Mikhailov E.F. Emission Monitoring Mobile Experiment (EMME): an overview and first results of the St. Petersburg megacity campaign-2019 // Atmos. Meas. Tech. 2021. V. 14. P. 1047–1073. https://doi.org/10.5194/amt-14-1047-2021

  20. Тимофеев Ю.М., Неробелов Г.М., Виролайнен Я.А., Поберовский А.В., Фока С.Ч. Оценки антропогенных эмиссий СО2 мегаполиса Санкт-Петербурга. Доклады РАН. Науки о Земле, 494, 1, 97–100. https://doi.org/10.31857/S2686739720090182

  21. Ionov Dmitry V., Maria V. Makarova, Frank Hase, Stefani C. Foka, Vladimir S. Kostsov, Carlos Alberti, Thomas Blumenstock, Thorsten Warneke, Yana A. Virolainen. The CO2 integral emission by the megacity of St. Petersburg as quantified from ground-based FTIR measurements combined with dispersion modelling // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21. P. 10939–10963. https://doi.org/10.5194/acp-21-10939-2021

  22. Oda T., Maksyutov S. A very high-resolution (1 km × 1 km) global fossil fuel CO2 emission inventory derived using a point source database and satellite observations of nighttime lights // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11. P. 543–556. https://doi.org/10.5194/acp-11- 543-2011

  23. Zhao X., Marshall J., Hachinger S., Gerbig C., Frey M., Hase F., Chen J. Analysis of total column CO2 and CH4 measurements in Berlin with WRF-GHG // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 11279–11302. https://doi.org/10.5194/acp-19-11279-2019

  24. Lin J.C., Gerbig C., Wofsy S.C., Andrews A.E., Daube B.C., Davis K.J., Grainger C.A. A near-field tool for simulating the upstream influence of atmospheric observations: The Stochastic Time-Inverted Lagrangian Transport (STILT) model // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. P. 4493.https://doi.org/10.1029/2002JD003161D16

  25. Skamarock W.C., Klemp J.B., Dudhia J., Gill D.O., Liu Z., Berner J., Wang W., Powers J.G., Duda M.G., Barker D.M., Huang X.-Y. A Description of the Advanced Research WRF Version 4. NCAR Tech. Note NCAR/TN-556+STR. 2019. 145 p. https://doi.org/10.5065/1dfh-6p97

  26. Serebritsky I.A. (Ed.): The Report on Environmental Conditions in St. Petersburg for 2017, available at: https:// www.gov.spb.ru/static/writable/ckeditor/uploads/2018/ 06/29/Doklad_EKOLOGIA2018.pdf

  27. https://atmosphere.copernicus.eu/sites/default/files/ FileRepository/Resources/Documentation/Fluxes.

  28. Тимофеев Ю.М., Березин И.А., Виролайнен Я.А., Поберовский А.В., Макарова М.В., Поляков А.В. Оценки антропогенных эмиссий CO2 для Москвы и Санкт-Петербурга по данным спутниковых измерений OCO-2 // Оптика атмосферы и океана. 2020. № 4. С. 261–265. https://doi.org/10.15372/AOO20200403

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Физика атмосферы и океана

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал