Том 37, номер 12, статья № 6

Аннотация:

Продолжающееся глобальное потепление климата приводит к необходимости проведения непрерывного мониторинга концентрации парниковых газов и величины их потоков. Газообмен между наземными экосистемами и атмосферой измеряется в основном с помощью метода вихревой ковариации, градиентным и камерным методами. Приводится описание приборных комплексов самолета-лаборатории Як-40 и обсерватории «ZOTTO». Измеренные двумя разными методами потоки СО₂ и СН₄ на одинаковых высотных уровнях совпадают по знаку, близки по величине для углекислого газа и различаются до двух раз у метана. Полученные результаты представляют интерес для специалистов в области измерения потоков парниковых газов методом вихревой ковариации.

Ключевые слова:

атмосфера, вертикальное распределение, вихревая ковариация, диоксид углерода, метан, потоки

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Глаголев М.В. К методу «обратной задачи» для определения поверхностной плотности потока газа из почвы // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. 2010. Т. 1, № 1. С. 17–36.
2. Riederer M., Serafimovich A., Foken T. Net ecosystem CO₂ exchange measurements by the closed chamber method and the eddy covariance technique and their dependence on atmospheric conditions // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7, N 4. P. 1057–1064. DOI: 10.5194/amtd-6-8783-2013.
3. Falge E., Baldocchi D., Tenhunen J., Aubinet M., Bakwin P., Berbigier P., Bernhofer C., Burba G., Clement R., Davis K.J., Elbers J.A., Goldstein A.H., Grelle A., Granier A., Guomundsson J., Hollinger D., Kowalski A.S., Katul G., Law B.E., Malhi Y., Meyers T., Monson R.K., Munger J.W., Oechel W., Paw K.T., Pilegaard K., Rannik U., Rebmann C., Suyker A., Valentini R., Wilson K., Wofsy S. Seasonality of ecosystem respiration and gross primary production as derived from FLUXNET measurements // Agric. For. Meteorol. 2002. V. 113, N 1–4. P. 53–74.
4. Desjardins R.L., Brach E.J., Alno P., Schuepp P.H. Aircraft monitoring of surface carbon dioxide exchange // Science. 1982. V. 216, N 4547. P. 733–735.
5. Lenschow D.H., Pearson Jr., R., Stankov B.B. Estimating the ozone budget in the boundary layer by use of aircraft measurements of ozone eddy flux and mean concentration // J. Geophys. Res. 1981. V. 86. P. 7291–7297.
6. Sun Y., Ma J., Sude B., Lin X., Shang H., Geng B., Diao Z., Du J., Quan Z. A UAV-based eddy covariance system for measurement of mass and energy exchange of the ecosystem: Preliminary results // Sensors. 2021. V. 21. P. 403. DOI: 10.3390/s21020403.
7. Global monitoring laboratory. USA. https://gml. noaa.gov/ccgg/aircraft/index.html (last access: 20.04.2024).
8. Erland B.M., Adams C., Darlington A., Smith M.L., Thorpe A.K., Wentworth G.R., Conley S., Liggio J., Li S.-M., Miller C.E., Gamon J.A. Comparing airborne algorithms for greenhouse gas flux measurements over the Alberta oil sands // Atmos. Meas. Tech. 2022. V. 15, N 19. P. 5841–5859. DOI: 10.5194/amt-2022-120.
9. Белан Б.Д., Антохин П.Н., Аршинов М.Ю., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Пестунов Д.А., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н., Фофонов А.В. Самолет лаборатория ЯК-40 для измерения потоков парниковых газов. Патент на полезную модель № 228158 от 16.08.2024.
10. Wendisch M., Brenguier J.-L. (ed) Airborne Measurements for Environmental Research. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2013. 655 p.
11. Mahrt L. Flux sampling errors for aircraft and towers // J. Atmos. Ocean. Technol. 1998. V. 15. P. 416–429. DOI: 10.1175/1520-0426(1998)015<0416:FSEFAA>2.0.CO;2.
12. Prueger J.H., Hatfield J.L., Kustas W.P., Hipps L.E., Macpherson J.I., Neale C.M.U., Eichinger W.E., Cooper D.I., Parkin T.B. Tower and aircraft eddy covariance measurements of water vapor, energy, and carbon dioxide fluxes during SMACEX // J. Hydrometeorol. 2005. V. 6, N 12. P. 954–960. DOI: 10.1175/JHM457.1.
13. Belan B.D., Ancellet G., Andreeva I.S., Antokhin P.N., Arshinova V.G., Arshinov M.Y., Balin Y.S., Barsuk V.E., Belan S.B., Chernov D.G., Davydov D.K., Fofonov A.V., Ivlev G.A., Kotel'nikov S.N., Kozlov A.S., Kozlov A.V., Law K., Mikhal'chishin A.V., Moseikin I.A., Nasonov S.V., Nédélec P., Okhlopkova O.V., Ol'kin S.E., Panchenko M.V., Paris J.-D., Penner I.E., Ptashnik I.V., Rasskazchikova T.M., Reznikova I.K., Romanovskii O.A., Safatov A.S., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Sklyadneva T.K., Tolmachev G.N., Yakovlev S.V., Zenkova P.N. Integrated airborne investigation of the air composition over the Russian sector of the Arctic // Atmos. Meas. Tech. 2022. V. 15, N 13. P. 3941–3967. DOI: 10.5194/amt-15-3941-2022.
14. Winderlich J., Chen H., Gerbig C., Seifert T., Kolle O., Lavrič J.V., Kaiser C., Höfer A., Heimann M. Continuous low-maintenance CO₂/CH₄/H₂O measurements at the Zotino Tall Tower Observatory (ZOTTO) in Central Siberia // Atmos. Meas. Tech. 2010. V. 3, N 4. P. 1113–1128. DOI: 10.5194/amt-3-1113-2010.
15. Воробьев В.И. Синоптическая метеорология. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 616 с.
16. Белан Б.Д. Динамика слоя перемешивания по аэрозольным данным // Оптика атмосф. и океана. 1994. Т. 7, № 8. С. 1045–1054.
17. Балин Ю.С., Ершов А.Д. Вертикальная структура аэрозольных полей пограничного слоя атмосферы по данным лазерного зондирования // Оптика атмосф. и океана. 1999. Т. 12, № 7. С. 616–623.
18. Tremblay A., Roehm C., Varfalvy L., Garneau M. Greenhouse Gas Emissions – Fluxes and Processes. Berlin: Springer, 2005. 732 p.
19. Burba G. Eddy Covariance Method for Scientific, Industrial, Agricultural and Regulatory Applications: A Field Book on Measuring Ecosystem Gas Exchange and Areal Emission Rates. USA, 2013. 331 p.
20. Sayres D.S., Dobosy R., Healy C., Dumas E., Kochendorfer J., Munster J., Wilkerson J., Baker B., Anderson J.G. Arctic regional methane fluxes by ecotope as derived using eddy covariance from a low-flying aircraft // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17, N 13. P. 8619–8633. DOI: 10.5194/acp-17-8619-2017.
21. Yuan B., Kaser L., Karl T., Graus M., Peischl J., Campos T.L., Shertz S., Apel E.C., Hornbrook R.S., Hills A., Gilman J.B., Lerner B.M., Warneke C., Flocke F.M., Ryerson T.B., Guenther A.B., de Gouw J.A. Airborne flux measurements of methane and volatile organic compounds over the Haynesville and Marcellus shale gas production regions // J. Geophys. Res.: Atmos. 2015. V. 120, N 12. P. 6271–6289. DOI: 10.1002/2015JD023242.
22. Shaw J.T., Allen G., Barker P., Pitt J.R., Pasternak D., Bauguitte S.J.-B., Lee J., Bower K.N., Daly M.C., Lunt M.F., Ganesan A.L., Vaughan A.R., Chibesakunda F., Lambakasa M., Fisher R.E., France J.L., Lowry D., Palmer P.I., Metzger S., Parker R.J., Gedney N., Bateson P., Cain M., Lorente A., Borsdorff T., Nisbet E.G. Large methane emission fluxes observed from tropical wetlands in Zambia // Global Biogeochem. Cycl. 2022. V. 36, N 6. P. e2021GB007261. DOI: 10.1029/2021GB007261.
23. Zulueta R.C., Oechel W.C., Verfaillie J.G., Hastings S.J., Gioli B., Lawrence W.T. Aircraft regional-scale flux measurements over complex landscapes of mangroves, desert, and marine ecosystems of Magdalena Bay, Mexico // J. Atmos. Ocean. Technol. 2013. V. 30, N 7. P. 1266–1294. DOI: 10.1175/JTECH-D-12-00022.1.
24. Loechli M., Stephens B.B., Commane R., Chevallier F., McKain K., Keeling R.F., Morgan E.J., Patra P.K., Sargent M.R., Sweeney C., Keppel-Aleks G. Evaluating northern hemisphere growing season net carbon flux in climate models using aircraft observations // Global Biogeochem. Cycl. 2023. V. 37, N 2. P. E2022GB007520. DOI: 10.1029/2022GB007520.
25. Desjardins R.L., Worth D.E., MacPherson J.I., Bastian M., Srinivasan R. Flux measurements by the NRC Twin Otter atmospheric research aircraft: 1987–2011 // J. Adv. Sci. Res. 2016. V. 13. P. 43–49. DOI: 10.5194/asr-13-43-2016.
26. 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.
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, N 8. P. 4940–4952. DOI: 10.1002/2013JD021269.
28. Foken T. Micrometeorology. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2006. 320 p.
29. Viterbo P., Beljaars A, Mahfouf J.-F., Teixeira J. The representation of soil moisture freezing and its impact on the stable boundary layer // Q. J. R. Meteorol. Soc. 1999. V. 125, N 559. P. 2401–2426.
30. Wang X., Wang C., Bond-Lamberty B. Quantifying and reducing the differences in forest CO₂-fluxes estimated by eddy covariance, biometric and chamber methods: A global synthesis // Agric. Forest Meteorol. 2017. V. 247. P. 93–103. DOI: 10.1016/j.agrformet.2017.07.023.
31. Wang K., Liu C., Zheng X., Pihlatie M., Li B., Haapanala S., Vesala T., Liu H., Wang Y., Liu G., Hu F. Comparison between eddy covariance and automatic chamber techniques for measuring net ecosystem exchange of carbon dioxide in cotton and wheat fields // Biogeoscie. 2013. V. 10, N 11. P. 6865–6877. DOI: 10.5194/bgd-10-8467-2013.
32. Almand-Hunter B.B., Walker J.T., Masson N.P., Hafford L., Hannigan M.P. Development and validation of inexpensive, automated, dynamic flux chambers //
33. Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8, N 1. P. 267–280. DOI: 10.5194/amt-8-267-2015.
34. You Y., Staebler R.M., Moussa S.G., Beck J., Mittermeier R.L. Methane emissions from an oil sands tailings pond: a quantitative comparison of fluxes derived by different methods // Atmos. Meas. Tech. 2021. V. 14, N 3. P. 1879–1892. DOI: 10.5194/amt-14-1879-2021.
35. Gioli B., Miglietta F., De Martino B., Hutjes R.W.A., Dolman H.A.J., Lindroth A., Schumacher M., Sanz M.J., Manca G., Peressotti A., Dumas E.J. Comparison between tower and aircraft-based eddy covariance fluxes in five European regions // Agric. Forest Meteorol. 2004. V. 127, N 1. P. 1–16. DOI: 10.1016/j.agrformet.2004.08.004.
36. Hannun R.A., Wolfe G.M., Kawa S.R., Hanisco T.F., Newman P.A., Alfieri J.G., Barrick J., Clark K.L., DiGangi J.P., Diskin G.S., King J., Kustas W.P., Mitra B., Noormets A., Nowak J.B., Thornhill K.L., Vargas R. Spatial heterogeneity in CO₂, CH₄, and energy fluxes: Insights from airborne eddy covariance measurements over the Mid-Atlantic region // Environ. Res. Lett. 2020. V. 15, N 3. P. 035008. DOI: 10.1088/1748-9326/ab7391.