Том 37, номер 08, статья № 5

Аннотация:

Санкт-Петербург – второй по численности населения город Российской Федерации и четвертый в Европе. Согласно официальной статистике в городе постоянно проживают ~ 5,6 млн человек. С целью получения экспериментальных оценок выбросов парниковых газов с территории Санкт-Петербургской агломерации был разработан оригинальный комплексный подход, реализованный в рамках измерительных кампаний EMME (Emission Monitoring Mobile Experiment) 2019 и 2020 гг. Проведено обобщение результатов мобильных экспериментов 2019 и 2020 гг. Показано, что период «март – начало мая», выбранный для проведения кампаний ЕММЕ, является оптимальным для оценок выбросов СО₂. Средние значения антропогенных добавок, обусловленных выбросами с территории Санкт-Петербурга, для средних концентраций CO₂ и CH₄ в толще атмосферы составили ~ 1,07 ppmv и ~ 6,61 ppbv соответственно. Экспериментальные оценки удельных потоков парниковых газов на территории Санкт-Петербургской агломерации – 72 кт × км^-2 × год^-1 СО₂ и 198 т × км^-2 × год^-1 СН₄ по результатам шестидневной кампании 2020 г.; 80 кт × км^-2 × год^-1 CO₂ и 161 т × км^-2 × год^-1 CH₄ для 15 дней кампаний 2019 и 2020 гг. Эмиссионные соотношения СH₄/CO₂ и CO/CO₂ для Санкт-Петербурга в марте – начале мая 2020 г. составили в среднем 6,4 и 5,7 ppbv/ppmv соответственно. Карантинные ограничения (COVID-19) повлияли на структуру выбросов Санкт-Петербурга: резкое снижение транспортной активности привело к значительному уменьшению выбросов СО от автотранспорта.

Ключевые слова:

наземное дистанционное зондирование, портативные Фурье-спектрометры, мобильные эксперименты, парниковые газы, антропогенные эмиссии в мегаполисах, моделирование переноса примеси в атмосфере

Список литературы:

1. WMO. Greenhouse Gas Bulletin. No. 18. 26 October 2022. URL: https://library.wmo.int/idurl/4/58743 (last access: 22.02.2024).
2. Ciais P., Crisp D., Gon H.V.D., Engelen R., Heimann M., Janssens-Maenhout G., Rayner P., Scholze M. Towards a European Operational Observing System to Monitor Fossil CO₂ Emissions – Final Report from the Expert Group. European Commission, 2015. URL: https: //www.copernicus.eu/sites/default/files/2019-09/CO2_Blue_report_2015.pdf (last access: 22.02.2024).
3. Babenhauserheide A., Hase F., Morino I. Net CO₂ fossil fuel emissions of Tokyo estimated directly from measurements of the Tsukuba TCCON site and radiosondes // Atmos. Meas. Tech. 2020. V. 13. P. 2697–2710. URL: https://doi.org/10.5194/amt-13-2697-2020.
4. Che K., Cai Zh., Liu Y., Wu L., Yang D., Chen Y., Meng X., Zhou M., Wang J., Yao L., Wang P. Lagrangian inversion of anthropogenic CO₂ emissions from Beijing using differential column measurements // Environ. Res. Lett. 2022. V. 17, N 7. 075001. DOI: 10.1088/1748-9326/ac7477.
5. 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 Berlin // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 3059–3068. URL: https://doi.org/10.5194/amt-8-3059-2015.
6. Ohyama H., Frey M.M., Morino I., Shiomi K., Nishihashi M., Miyauchi T., Yamada H., Saito M., Wakasa M., Blumenstock T., Hase F. Anthropogenic CO₂ emission estimates in the Tokyo metropolitan area from ground-based CO₂ column observations // Atmos. Chem. Phys. 2023. V. 23. P. 15097–15119.
7. 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. X_CO2 in an emission hot-spot region: The COCCON Paris campaign 2015 // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19. P. 3271–3285.
8. 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.
9. Makarova M.V., Alberti C., Ionov D.V., Hase F., Foka S.C., Blumenstock T., Warneke T., Virolainen Y.A., Kostsov V.S., Frey M., Poberovskii A.V., Timofeyev Y.M., Paramonova N.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.
10. Ionov D. V., Makarova M.V., Hase F., Foka S.C., Kostsov V.S., Alberti C., Blumenstock T., Warneke T., Virolainen Y.A. 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.
11. Draxler R.R., Hess G.D. An overview of the HYSPLIT_4 modelling system for trajectories, dispersion, and deposition // Aust. Meteor. Mag. 1998. V. 47. P. 295–308.
12. Stein A.F., Draxler R.R., Rolph G.D., Stunder B.J.B., Cohen M.D., Ngan F. NOAA’s HYSPLIT atmospheric transport and dispersion modeling system // Bull. Amer. Meteor. Soc. V. 96. P. 2059–2077.
13. Frey M., Sha M.K., Hase F., Kiel M., Blumenstock T., Harig R., Surawicz G., Deutscher N.M., Shiomi K., Franklin J.E., Bösch H., Chen J., Grutter M., Ohyama H., Sun Y., Butz A., Mengistu Tsidu G., Ene D., Wunch D., Cao Z., Garcia O., Ramonet M., Vogel F., Orphal J. Building the COllaborative Carbon Column Observing Network (COCCON): Long-term stability and ensemble performance of the EM27/SUN Fourier transform spectrometer // Atmos. Meas. Tech. 2019. V. 12. P. 1513–1530.
14. de Foy B., Schauer J.J., Lorente A., Borsdorff T. Investigating high methane emissions from urban areas detected by TROPOMI and their association with untreated wastewater // Environ. Res. Lett. 2023. V. 18. 044004. DOI: 10.1088/1748-9326/acc118.
15. Chen J., Dietrich F., Franklin J.E., Jones T.S., André B., Luther A., Kleinschek R., Hase F., Wenig M., Ye S., Nouri A., Frey M., Knote C., Alberti C., Wofsy S. Mesoscale column net-work for assessing GHG and NO_x emissions in Munich // EGU General Assembly Conference Abstracts. 2018. V. 20.
16. Franklin J.E., Jones T.S., Chen J., Parker H., Hedelius J., Wennberg P., Dubey M.K., Cohen Ron C., Guha A., Sargent M., Davis K.J., Mielke L., Fischer M., Wofsy S. A three-dimensional observation network for determining urban emissions of CO₂ and CH₄ // 2017 North American Carbon Program, North Bethesda, MD, USA. 2017. URL: https://www.nacarbon.org/meeting_2017/ abs_and_discussions/ mtg2017_ab_searchab_id161.html (last access: 22.02.2024).
17. 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. DOI: 10.5194/acp-16-8479-2016.
18. Серебрицкий И.А. Опыт Санкт-Петербурга в вопросах управления адаптацией к изменениям климата и смягчения антропогенного воздействия на климатическую систему: информационно-аналитическая записка // Экологический портал Санкт-Петербурга. СПб., 2024. URL: https://www.infoeco.ru/index.php?id=8780.
19. Huo D., Huang X., Dou X., Ciais P., Li Y., Deng Z., Wang Y., Cui D., Benkhelifa F., Sun T., Zhu B., Roest G., Gurney K.R., Ke P., Guo R., Lu C., Lin X., Lovell A., Appleby K., DeCola P.L., Steven J., Davis S.J., Liu Z. Carbon Monitor Cities near-real-time daily estimates of CO₂ emissions from 1500 cities worldwide // Sci Data. 2022. V. 9. P. 533. DOI: 10.1038/s41597-022-01657-z.
20. Crippa M., Solazzo E., Huang G., Guizzardi D., Koffi E., Muntean M., Schieberle C., Friedrich R. Janssens-Maenhout G. High resolution temporal profiles in the Emissions Database for Global Atmospheric Research // Sci Data. 2020. V. 7. P. 121. DOI: 10.1038/s41597-020-0462-2.
21. Макарова М.В., Арабаджян Д.К., Фока С.Ч., Парамонова Н.Н., Поберовский А.В., Тимофеев Ю.М., Панкратова Н.В., Ракитин В.С.. Оценка ночных эмиссий углеродсодержащих газов в пригородах Санкт-Петербурга // Метеорол. и гидрол. 2018. № 7. С. 36–44.
22. Макарова М.В., Поберовский А.В., Яговкина С.В., Кароль И.Л., Лагун В.Е., Парамонова Н.Н., Решетников А.И., Привалов В.И. Исследования процессов формированиях поля метана в атмосфере Северо-Западного региона Российской Федерации // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2006. Т. 42, № 2. C. 237–249.
23. Zinchenko A.V., Paramonova N.N., Privalov V.I., Reshetnikov A.I. Estimation of methane emissions in the St. Petersburg, Russia, region: An atmospheric nocturnal boundary layer budget approach // J. Geophys. Res. 2002. V. 107, N D20. P. 4416. DOI: 10.1029/2001JD001369.
24. Font A., Grimmond C.S.B., Kotthaus S., Morguí J.-A., Stockdale C., O’Connor E., Priestman M., Barratt B. Daytime CO₂ urban surface fluxes from airborne measurements, eddy-covariance observations and emissions inventory in Greater London // Environ. Pollut. 2015. V. 196. P. 98–106. DOI: 10.1016/j.envpol.2014.10.001.
25. Cheng X.L., Liu X.M., Liu Y.J., Hu F. Characteristics of CO₂ concentration and flux in the Beijing urban area // J. Geophys. Res. Atmos. 2018. V. 123. P. 1785–1801. DOI: 10.1002/2017JD027409.
26. Park C., Jeong S., Park M.S., Yun J., Lee S.-S., Park S.-H. Spatiotemporal variations in urban CO₂ flux with land-use types in Seoul // Carbon Balance Manag. 2022. V. 17, N 3. DOI: 10.1186/s13021-022-00206-w.
27. O’Shea S.J., Allen G., Fleming Z.L., Bauguitte S.J.-B., Percival C.J., Gallagher M.W., Lee J., Helfter C., Nemitz E. Area fluxes of carbon dioxide, methane, and carbon monoxide derived from airborne measurements around Greater London: A case study during summer 2012 // J. Geophys. Res.: Atmos. 2014. V. 119. P. 4940–4952. DOI: 10.1002/2013JD021269.
28. Zimnoch M., Godlowska J., Necki J.M., Rozanski K. Assessing surface fluxes of CO₂ and CH₄ in urban environment: A reconnaissance study in Krakow, Southern Poland // Tellus B. 2010. V. 62. P. 573–580. DOI: 10.1111/j.1600-0889.2010.00489.x.
29. Зинченко А.В., Решетников А.И., Парамонова Н.Н., Привалов В.И., Титов В.С., Казакова К.В., Кацнельсон Б.П. Исследование эмиссии метана и диоксида углерода на полигонах захоронения твердых бытовых отходов в окрестностях Санкт-Петербурга // Прикладная метеорология. Труды Научно-исследовательского центра дистанционного зондирования атмосферы (филиала ГГО). 2002. Вып. 4. № 552. С. 126–138.
30. Silva S.J., Arellano A.F., Worden H.M. Toward anthropogenic combustion emission constraints from space-based analysis of urban CO₂/CO sensitivity // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40 P. 4971–4976. DOI: 10.1002/grl.50954.
31. Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности. Доклад об экологической ситуации в Санкт-Петербурге в 2021 году. СПб., 2022. URL: https://www.gov.spb.ru/static/writable/ckeditor/uploads/ 2022/06/27/05/%D0%94%D0%BE%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%B4_2022_%D1%81%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9.pdf (дата обращения: 22.02.2024).
32. Фока С.Ч., Макарова М.В., Поберовский А.В., Ионов Д.В., Абакумов Е.В. Анализ концентраций углеродсодержащих газов на станции атмосферного мониторинга СПбГУ // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 11. С. 934–941. DOI: 10.15372/AOO20231109; Foka S.Ch., Makarova M.V., Poberovsky A.V., Ionov D.V., Abakumov E.V. Analysis of mixing ratios of greenhouse carbon-containing gases at the atmospheric monitoring station of St. Petersburg State University // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 1. P. 74–81.
33. Turnbull J., Sweeney C., Karion A., Newberger T., Tans P., Lehman S., Davis K.J., Miles N.L., Richardson S.J., Lauvaux T., Cambaliza M.O., Shepson P., Gurney K., Patarasuk R., Zondervan A. Towards quantification and source sector identification of fossil fuel CO₂ emissions from an urban area: Results from the INFLUX experiment // J. Geophys. Res.: Atmos. 2015. V. 120. P. 292–312. DOI: 10.1002/2014JD022555.