杭州塔基甲烷觀測(cè)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(huì)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(píng)估》報(bào)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(dòng)、廢棄物處理這三類人類活動(dòng)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(guó)內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)在杭州，通過塔基CH₄觀測(cè)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(guó)尺度，其排放量、成分、時(shí)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(chǎng)、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(duì)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(shí)會(huì)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(diǎn)進(jìn)行了研究，缺乏整個(gè)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(píng)估存在不確定性，并且預(yù)測(cè)的變化仍未得到探索。本文通過杭州塔基CH₄觀測(cè)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(gè)塔基觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（臨安大氣本底觀測(cè)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(cè)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(shí)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(cè)的不同全球變暖情景下的變化。

測(cè)量系統(tǒng)
 

●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(shí)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(gè)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(gè)標(biāo)氣每6 h/12h測(cè)量一次，通過兩點(diǎn)線性擬合校準(zhǔn)CH₄觀測(cè)值。

WRF-STILT大氣傳輸模型：模擬CH₄濃度，其中選擇蒙古UUM,韓國(guó)TAP,日本RYO和YON,以及瓦里關(guān)5個(gè)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(shí)CH4濃度觀測(cè)值和模擬值（反演前）（a）、模擬值（反演后）（b）對(duì)比；（c）杭州市日平均CH4濃度對(duì)比

反演前后杭州市甲烷排放量對(duì)比
 

未來氣候變化情景下溫度對(duì)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(yàn)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(cè)結(jié)果表明，浙江省或長(zhǎng)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(shí)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(gè)中國(guó)的相對(duì)變化也顯示出高度異質(zhì)性，表明未來全國(guó)甲烷排放總量預(yù)測(cè)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(cè)中應(yīng)耦合溫度依賴性排放因子。

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