Picarro | 杭州塔基甲烷觀(guān)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(shuō)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，但它的溫室效應卻比二氧化碳高數十倍。這意味著(zhù)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 《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(kāi)采、農業(yè)活動(dòng)、廢棄物處理這三類(lèi)人類(lèi)活動(dòng)直接相關(guān)。

人類(lèi)主要聚集地——城市，主要的甲烷排放就是廢棄物處理。國內的研究團隊在杭州，通過(guò)塔基CH₄觀(guān)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(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)對基于生物過(guò)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(lái)CH₄排放量時(shí)會(huì )出現較大差異。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。上述因素導致城市尺度CH₄排放（尤其是來(lái)自廢物處理）的評估存在不確定性，并且預測的變化仍未得到探索。本文通過(guò)杭州塔基CH₄觀(guān)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(gè)塔基觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )（臨安大氣本底觀(guān)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(guān)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(shí)CH₄濃度與WRF-STILT大氣傳輸模型和貝葉斯反演方法相結合，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測的不同全球變暖情景下的變化。

測量系統（建議橫屏查看）

●使用真空泵經(jīng)外徑為10 mm的專(zhuān)用取樣管線(xiàn)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(guò)泵前端的過(guò)濾器。其次，通過(guò)（泵之后）設置為1 atm表壓的減壓閥旁通，以釋放多余的空氣壓力。

●樣氣通過(guò)冷阱干燥以減少水汽影響。通過(guò)質(zhì)量流量控制器將玻璃阱的流出氣流設置為300 mL/min，略高于分析儀的流量需求，多余的氣體通過(guò)一個(gè)不銹鋼“T” 型三通接頭排放至周?chē)h(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氣/目標氣體/樣氣。

●使用充滿(mǎn)壓縮環(huán)境空氣的校準氣瓶作為目標氣體 (T)，定期檢查系統的精度和穩定性。兩個(gè)標氣每6 h/12h測量一次，通過(guò)兩點(diǎn)線(xiàn)性擬合校準CH₄觀(guān)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(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)化模擬結果

【結果】

（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(guān)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(lái)氣候變化情景下溫度對垃圾填埋甲烷排放因子的影響

【結論】

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

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(guān)測結果表明，浙江省或長(cháng)三角地區的年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(zhù)線(xiàn)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)中國的相對變化也顯示出高度異質(zhì)性，表明未來(lái)全國甲烷排放總量預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(lái)的CH₄排放預測中應耦合溫度依賴(lài)性排放因子。

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