Picarro | 杭州塔基甲烷观测网络估算全球变暖下废物处理产生的甲烷排放

说到温室气体，大家熟知二氧化碳占比最大，而仅次于它的第二大温室气体正是甲烷（CH₄）。尽管甲烷在大气中的浓度比二氧化碳低得多，但它的温室效应却比二氧化碳高数十倍。这意味着每单位的甲烷会比二氧化碳更有效地捕获和保留地球表面的热量，加剧全球气温上升。

据 《全球甲烷评估》报告表明，目前全球甲烷排放中有60%与能源开采、农业活动、废弃物处理这三类人类活动直接相关。

人类主要聚集地——城市，主要的甲烷排放就是废弃物处理。国内的研究团队在杭州，通过塔基CH₄观测网络进行了全球变暖下废物处理CH₄排放的相关研究。

大气中的甲烷是导致全球变暖的第二大人为因素。然而，从城市到全国尺度，其排放量、成分、时空变化等在很大程度上仍不确定。废物处理（包括固体废物填埋场、固体废物焚烧和污水）产生的CH₄排放占城市人为CH₄总排放量的50%以上，考虑到CH₄排放因子(EFs)对基于生物过程的源(如废物处理)的高温敏感性，在不同全球变暖情景下估算未来CH₄排放量时会出现较大差异。此外，温度与废物处理CH₄排放之间的关系仅在少数特定地点进行了研究，缺乏整个城市的代表性。上述因素导致城市尺度CH₄排放（尤其是来自废物处理）的评估存在不确定性，并且预测的变化仍未得到探索。本文通过杭州塔基CH₄观测网络进行了全球变暖下废物处理CH₄排放的相关研究。

研究人员将2020年12月1日至2021年11月30日杭州3个塔基观测网络（临安大气本底观测站：30.30° N，119.72° E；138.6 m a.s.l.，Picarro G2401气体浓度分析仪，进气口高度53 m；大明山观测站：30.03° N，119.00° E；1485.0 m a.s.l.，Picarro G2401气体浓度分析仪，进气口高度10 m；杭州站：：30.23° N，120.17° E；43.2 m a.s.l.，Picarro G2301气体浓度分析仪，进气口高度25 m）获取的每小时CH₄浓度与WRF-STILT大气传输模型和贝叶斯反演方法相结合，以限制CH₄排放清单。并建立月温度与反演后废物处理CH₄排放之间的关系，以量化排放因子在所预测的不同全球变暖情景下的变化。

测量系统（建议横屏查看）

●使用真空泵经外径为10 mm的专用取样管线取样，以5 L/min的速度传送至仪器，环境空气从塔顶至仪器的停留时间小于 30 s。

●样气首先通过泵前端的过滤器。其次，通过（泵之后）设置为1 atm表压的减压阀旁通，以释放多余的空气压力。

●样气通过冷阱干燥以减少水汽影响。通过质量流量控制器将玻璃阱的流出气流设置为300 mL/min，略高于分析仪的流量需求，多余的气体通过一个不锈钢“T” 型三通接头排放至周围环境中，以确保传送入分析仪的样品处于接近环境气压的状态。

●VICI 8 通多位阀切换工作标气/目标气体/样气。

●使用充满压缩环境空气的校准气瓶作为目标气体 (T)，定期检查系统的精度和稳定性。两个标气每6 h/12h测量一次，通过两点线性拟合校准CH₄观测值。

WRF-STILT大气传输模型：模拟CH₄浓度，其中选择蒙古UUM,韩国TAP,日本RYO和YON,以及瓦里关5个NOAA CH4大气背景站作为潜在背景值。

贝叶斯反演方法：约束模拟的CH₄排放通量，优化模拟结果

【结果】

（a）杭州站，（b）临安站和（c）大明山站的模拟足迹年平均值；EDGAR v6.0清单中的（d）人为CH₄排放总量，（e）废物处理CH₄排放量；(f) 废物处理占人为CH₄排放总量的比例

杭州市每小时CH₄浓度观测值和模拟值（反演前）（a）、模拟值（反演后）（b）对比；（c）杭州市日平均CH₄浓度对比

反演前后杭州市甲烷排放量对比

未来气候变化情景下温度对垃圾填埋甲烷排放因子的影响

【结论】

1、模拟的CH₄浓度存在明显的季节性偏差，主要是年和月尺度废物处理偏差所致。反演后的CH₄排放呈现出明显的季节变化，夏峰冬谷，主要是废物处理的贡献；

2、先验清单中，杭州废物处理CH₄年排放量为10.4×104t，反演后下降至5.5（±0.6）×104t，下降了47.1%。人为CH₄排放总量（不包括农业土壤）从15.0×104t下降到9.6（±0.9）×104t，表明2021年全年高估了36.0%；临安站观测结果表明，浙江省或长三角地区的年CH₄排放量被略微低估了7.0%；

3、反演后，每月废物处理产生的CH₄排放量与气温呈显著线性关系，温度升高10℃时排放量增加38%-50%；

4、在RCP8.5、RCP6.0、RCP4.5和RCP2.6情景下，到本世纪末，杭州市废物处理CH₄排放因子将分别增加17.6%、9.6%、5.6%和4.0%；

5、整个中国的相对变化也显示出高度异质性，表明未来全国甲烷排放总量预测存在很大的不确定性

6、建议在最近的CH₄排放清单和未来的CH₄排放预测中应耦合温度依赖性排放因子。

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