Picarro | 杭州塔基甲烷觀測網(wǎng)絡(luò)估算全球變暖下廢物處理產(chǎn)生的甲烷排放

說到溫室氣體，大家熟知二氧化碳占比最大，而僅次于它的第二大溫室氣體正是甲烷（CH₄）。盡管甲烷在大氣中的濃度比二氧化碳低得多，但它的溫室效應(yīng)卻比二氧化碳高數(shù)十倍。這意味著每單位的甲烷會比二氧化碳更有效地捕獲和保留地球表面的熱量，加劇全球氣溫上升。

據(jù) 《全球甲烷評估》報告表明，目前全球甲烷排放中有60%與能源開采、農(nóng)業(yè)活動、廢棄物處理這三類人類活動直接相關(guān)。

人類主要聚集地——城市，主要的甲烷排放就是廢棄物處理。國內(nèi)的研究團(tuán)隊在杭州，通過塔基CH₄觀測網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了全球變暖下廢物處理CH₄排放的相關(guān)研究。

大氣中的甲烷是導(dǎo)致全球變暖的第二大人為因素。然而，從城市到全國尺度，其排放量、成分、時空變化等在很大程度上仍不確定。廢物處理（包括固體廢物填埋場、固體廢物焚燒和污水）產(chǎn)生的CH₄排放占城市人為CH₄總排放量的50%以上，考慮到CH₄排放因子(EFs)對基于生物過程的源(如廢物處理)的高溫敏感性，在不同全球變暖情景下估算未來CH₄排放量時會出現(xiàn)較大差異。此外，溫度與廢物處理CH₄排放之間的關(guān)系僅在少數(shù)特定地點進(jìn)行了研究，缺乏整個城市的代表性。上述因素導(dǎo)致城市尺度CH₄排放（尤其是來自廢物處理）的評估存在不確定性，并且預(yù)測的變化仍未得到探索。本文通過杭州塔基CH₄觀測網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了全球變暖下廢物處理CH₄排放的相關(guān)研究。

研究人員將2020年12月1日至2021年11月30日杭州3個塔基觀測網(wǎng)絡(luò)（臨安大氣本底觀測站：30.30° N，119.72° E；138.6 m a.s.l.，Picarro G2401氣體濃度分析儀，進(jìn)氣口高度53 m；大明山觀測站：30.03° N，119.00° E；1485.0 m a.s.l.，Picarro G2401氣體濃度分析儀，進(jìn)氣口高度10 m；杭州站：：30.23° N，120.17° E；43.2 m a.s.l.，Picarro G2301氣體濃度分析儀，進(jìn)氣口高度25 m）獲取的每小時CH₄濃度與WRF-STILT大氣傳輸模型和貝葉斯反演方法相結(jié)合，以限制CH₄排放清單。并建立月溫度與反演后廢物處理CH₄排放之間的關(guān)系，以量化排放因子在所預(yù)測的不同全球變暖情景下的變化。

測量系統(tǒng)（建議橫屏查看）

●使用真空泵經(jīng)外徑為10 mm的專用取樣管線取樣，以5 L/min的速度傳送至儀器，環(huán)境空氣從塔頂至儀器的停留時間小于 30 s。

●樣氣首先通過泵前端的過濾器。其次，通過（泵之后）設(shè)置為1 atm表壓的減壓閥旁通，以釋放多余的空氣壓力。

●樣氣通過冷阱干燥以減少水汽影響。通過質(zhì)量流量控制器將玻璃阱的流出氣流設(shè)置為300 mL/min，略高于分析儀的流量需求，多余的氣體通過一個不銹鋼“T” 型三通接頭排放至周圍環(huán)境中，以確保傳送入分析儀的樣品處于接近環(huán)境氣壓的狀態(tài)。

●VICI 8 通多位閥切換工作標(biāo)氣/目標(biāo)氣體/樣氣。

●使用充滿壓縮環(huán)境空氣的校準(zhǔn)氣瓶作為目標(biāo)氣體 (T)，定期檢查系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。兩個標(biāo)氣每6 h/12h測量一次，通過兩點線性擬合校準(zhǔn)CH₄觀測值。

WRF-STILT大氣傳輸模型：模擬CH₄濃度，其中選擇蒙古UUM,韓國TAP,日本RYO和YON,以及瓦里關(guān)5個NOAA CH4大氣背景站作為潛在背景值。

貝葉斯反演方法：約束模擬的CH₄排放通量，優(yōu)化模擬結(jié)果

【結(jié)果】

（a）杭州站，（b）臨安站和（c）大明山站的模擬足跡年平均值；EDGAR v6.0清單中的（d）人為CH₄排放總量，（e）廢物處理CH₄排放量；(f) 廢物處理占人為CH₄排放總量的比例

杭州市每小時CH₄濃度觀測值和模擬值（反演前）（a）、模擬值（反演后）（b）對比；（c）杭州市日平均CH₄濃度對比

反演前后杭州市甲烷排放量對比

未來氣候變化情景下溫度對垃圾填埋甲烷排放因子的影響

【結(jié)論】

1、模擬的CH₄濃度存在明顯的季節(jié)性偏差，主要是年和月尺度廢物處理偏差所致。反演后的CH₄排放呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化，夏峰冬谷，主要是廢物處理的貢獻(xiàn)；

2、先驗清單中，杭州廢物處理CH₄年排放量為10.4×104t，反演后下降至5.5（±0.6）×104t，下降了47.1%。人為CH₄排放總量（不包括農(nóng)業(yè)土壤）從15.0×104t下降到9.6（±0.9）×104t，表明2021年全年高估了36.0%；臨安站觀測結(jié)果表明，浙江省或長三角地區(qū)的年CH₄排放量被略微低估了7.0%；

3、反演后，每月廢物處理產(chǎn)生的CH₄排放量與氣溫呈顯著線性關(guān)系，溫度升高10℃時排放量增加38%-50%；

4、在RCP8.5、RCP6.0、RCP4.5和RCP2.6情景下，到本世紀(jì)末，杭州市廢物處理CH₄排放因子將分別增加17.6%、9.6%、5.6%和4.0%；

5、整個中國的相對變化也顯示出高度異質(zhì)性，表明未來全國甲烷排放總量預(yù)測存在很大的不確定性

6、建議在最近的CH₄排放清單和未來的CH₄排放預(yù)測中應(yīng)耦合溫度依賴性排放因子。

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