Дайджест за сентябрь 2025 г.: обзор последних исследований в области газообмена между поверхностью и атмосферой

Новости проекта

Американские ученые оценили потенциал ускоренного выветривания известняка на судах для связывания углерода

Растворение карбоната кальция является доминирующей отрицательной обратной связью в океане для нейтрализации кислотности, вызванной повышением содержания углекислого газа в атмосфере. Имитируя этот естественный процесс, ускоренное выветривание известняка (AWL) может накапливать углерод в виде бикарбоната в океане в течение десятков тысяч лет. Здесь мы оцениваем потенциал AWL на судах в качестве метода связывания углерода. Мы показываем успешный прогноз лабораторных измерений с использованием модели, которая включает в себя самые последние данные о кинетике растворения кальцита в морской воде. При моделировании вдоль Тихоокеанского морского пути в модели оценки циркуляции и климата океана–Darwin ocean–general circulation model, щелочность поверхности и растворенный неорганический углерод увеличиваются на 1,4% после 10 лет непрерывной работы, что приводит к небольшому значению рН и парциального давления углекислого газа на поверхности. океан при одновременном снижении на 50% выбросов углекислого газа при морских перевозках. Морские перевозки могут быть существенно обезуглерожены за счет имитации естественного процесса выветривания известняка.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Немецкие исследователи уточнили оценки углеродного обмена в Амазонии с учётом поправки на водяной пар

В тропической части Южной Америки достигнут существенный прогресс в области атмосферного мониторинга, но в регионе по-прежнему имеется ограниченное число континентальных атмосферных станций по сравнению с его обширной территорией, что затрудняет оценку чистого потока углерода с использованием атмосферных инверсий. В этом исследовании мы используем молярные доли CO2 в сухом воздухе, измеренные в обсерватории Amazon Tall Tower (ATTO), и вертикальные профили CO2 в воздухе в системе атмосферной инверсии для оценки чистого углеродного обмена в тропической Южной Америке с 2010 по 2018 год. Учитывая предыдущие данные о смещении вертикальных профилей взвешенных в воздухе образцов из-за их отсутствия, мы рассчитали влияние этой систематической неопределенности на наши обратные оценки и предложили внести поправку на содержание водяного пара в профили взвешенных в воздухе CO2. Мы фокусируем наш анализ на биогеографической Амазонии и соседних с ней биомах “Серрадо и Каатинга”. Включение поправки на водяные пары приводит к изменению медианы по заднему ансамблю с -0,33 до -0,04 ПгС/год с апостериорной неопределенностью 0,33 ПгС/год для Амазонки, а для Серрадо и Каатинги - с 0,31 до 0,50 ПгС/год с неопределенностью 0,24 ПгС/год. Наши оценки углеродного обмена включают вклад как чистого обмена растительностью, так и выбросов в результате пожаров. Если предположить, что корректировка приближает данные наблюдений к истине, это означает, что Амазонка является более слабым источником углерода, а Серрадо и Каатинга - более крупным источником. Мы не обнаружили сильного пространственного сдвига потоков в пределах биогеографической Амазонии из-за коррекции, равно как и сильного влияния на межгодовые колебания. Наконец, чтобы еще больше снизить неопределенность в региональных оценках углеродного баланса в тропической части Южной Америки, мы призываем к расширению сети атмосферного мониторинга на континенте, главным образом в предгорьях Амазонки и Анд.

Исследование опубликовано в журнале Atmospheric Chemistry and Physics.

Итальянские исследователи измерили потоки CO₂ и CH₄ в тундровых экосистемах Шпицбергена

Это исследование сосредоточено на прямых измерениях турбулентных вихревых потоков CO2 и CH4 в тундровых экосистемах на островах Шпицберген в течение 2-летнего периода. Наши результаты показывают динамические взаимодействия между климатическими условиями и деятельностью экосистем, такой как фотосинтез и микробная активность. Летом заметные потоки поглощения углерода указывают на повышенный фотосинтез и потребление микробами метана, в то время как в холодное время года обмен был очень незначительным, что свидетельствует о снижении активности. Наблюдаемое чистое поглощение метана летом коррелирует с активацией и аэрацией почвенных микроорганизмов, и зимой оно снижается из-за наличия снежного покрова и отрицательной температуры почвы, которая запускает процесс замерзания активного слоя воды, но затем восстанавливается в период таяния. Потоки CH4 незначительно коррелируют с температурой почвы и воздуха, но вместо этого связаны со скоростью ветра, который играет определенную роль в скорости высыхания почвы. Выбросы в межсезонье составляли около 58% от годового объема выбросов CH4, что характеризовалось значительными выбросами в импульсном режиме. Анализ влияния тепловых аномалий на обменные потоки CO2 и CH4 показывает, что высокие положительные температурные аномалии (>5°C) могут способствовать увеличению положительного потока как в летний, так и в зимний периоды, эффективно снижая чистое годовое потребление. Эти результаты вносят ценный вклад в наше понимание динамики выбросов парниковых газов в экосистемах тундры в условиях меняющихся климатических условий. Необходимы дальнейшие исследования для ограничения источников и поглотителей парниковых газов в экосистемах сухой горной тундры, с тем чтобы разработать эффективные эталонные модели реагирования на изменение климата.

Исследование опубликовано в журнале Biogeosciences.

Китайские исследователи предложили систему мониторинга выбросов метана с использованием спутников и наземных измерений

Большое значение имеет калибровка традиционных оценок выбросов, основанных на кадастрах, с использованием результатов инверсии точечных источников сверху вниз. Для решения проблем, связанных с точной оценкой выбросов метана из точечных источников, связанных со спутниковым дистанционным зондированием, и неэффективности наземных мобильных измерений из-за отсутствия предварительной информации, в этом документе предлагается новая система мониторинга и количественной оценки выбросов метана, объединяющая космос и землю. Система использует классический алгоритм согласованного фильтра (CMF) для извлечения приращений концентрации парниковых газов из разновременных гиперспектральных изображений, тем самым идентифицируя непрерывные точечные источники, которые впоследствии используются при разработке планов сбора данных о выбросах на земле. Модель EMISSION-PARTITION применяется для количественной оценки интенсивности выбросов из точечных источников. В апреле 2024 года наша команда провела эксперимент на основе этой системы в нефтехимическом промышленном парке в Дуньине, Китай. Спутниковые наблюдения выявили ключевые непрерывные точечные источники с неопределенностью 8,08%. Интенсивность выбросов из точечных источников, полученная в результате мобильных измерений, варьировалась от минимальной в 139,36 кг/ч до максимальной в 107,42 кг/ч, при этом погрешности контролировались в пределах 19,1%. Этот эксперимент дает ценную информацию для решения аналогичных задач мониторинга выбросов парниковых газов и количественной оценки.

Исследование опубликовано в журнале Frontiers.

Испанские исследователи оценили сезонные потоки метана на рисовых полях дельты Эбро с использованием радоновых индикаторов

Дельта реки Эбро, расположенная в северо-западном Средиземноморском бассейне c площадью протяженностью 320 км2 в основном покрыта рисовыми полями. В рамках проекта ClimaDat в 2013 году в этом районе была спроектирована и установлена атмосферная станция DEC для определения парниковых газов. Станция DEC была оснащена, среди прочего, прибором Picarro G2301 и прибором ARMON (атмосферный радоновый монитор) для измерения концентраций CH4, CO2 и 222Rn соответственно. В этом исследовании с использованием метода радоновых индикаторов (RTM) была оценена изменчивость потоков метана в этом районе и на различных этапах цикла производства риса. RTM был проведен с использованием (i) ночных ежечасных атмосферных измерений CH4 и 222Rn в период с 2013 по 2019 год и (ii) обратных траекторий FLEXPART-WRF в сочетании с картами потоков радона для Европы с разрешением 0,05° × 0,05°, доступных благодаря проекту traceRadon. Перед расчетом потоков метана с помощью RTM была проведена оценка модели FLEXPART-WRF и карт потоков traceRadon путем моделирования концентраций радона в атмосфере на станции DEC и сравнения их с данными наблюдений. Потоки метана, полученные на основе RTM, демонстрируют сильную сезонность с максимумами в октябре (13,9 мгСН4 м-2 ч-1), что соответствует периоду сбора урожая и внесения соломы на рисовых полях, и минимумами в период с марта по июнь (0,2−0,6 мгСН4 м-2 ч-1). Общий предполагаемый годовой выброс метана составил около 262,8 кгСН4 га-2. Эти потоки были сопоставлены с потоками, непосредственно измеренными с помощью статических накопительных камер другими исследователями в том же районе. Результаты показывают сильное соответствие между обеими методологиями, поскольку они имеют как сходный годовой цикл, так и сходные среднемесячные абсолютные значения.

Исследование опубликовано в журнале Atmospheric Chemistry and Physics.

Китайские учёные показали эффективность метода NE и разбиения на секции для снижения погрешности оценки выбросов CO₂

Точная оценка антропогенных выбросов CO2 имеет решающее значение для эффективной политики по смягчению последствий изменения климата. Цель данного исследования - улучшить оценки выбросов CO2 в Китае с помощью дистанционного зондирования, используя усредненные по столбцам молярные доли CO2 в сухом воздухе (XCO2) и нейросетевой подход. Мы оценили аномалии XCO2, основываясь на трех подходах к фоновой концентрации XCO2: CHN (национальная медиана), LAT (10-градусная широтная медиана) и NE (N-среднее значение по ближайшим сеткам без учета выбросов). Затем мы применили обобщенную регрессионную нейросетевую модель в сочетании со стратегией моделирования разбиения с использованием алгоритма кластеризации K-средних для оценки выбросов CO2 на основе аномалий XCO2, чистой первичной производительности и данных о численности населения. Результаты показывают, что метод NE либо превзошел, либо, по крайней мере, был сопоставим с методом LAT, в то время как метод CHN показал худшие результаты. Стратегия моделирования с разбиением на группы и включение данных о населении значительно улучшили оценки выбросов CO2. В частности, увеличение числа секций с 1 до 30 с использованием метода NE привело к снижению значений средней абсолютной погрешности (MAE) с 0,254 до 0,122 гС м-2 сут-1, в то время как включение данных о населении привело к снижению значений MAE с 0,036 до 0,269гС м-2 сут-1 для разных секций. Представленные методы и результаты исследования дают важную информацию для поддержки разработки государственной политики и установления целевых показателей.

Исследование опубликовано в журнале Atmosphere.

Международный коллектив ученых оценил выбросы CO₂, CH₄ и N₂O из внутренних водоемов арктической тундры

Внутренние воды в арктических ландшафтах служат проводниками наземного органического материала, перенося и перерабатывая органический материал в парниковые газы (ПГ) - диоксид углерода (CO2), метан (CH4) и закись азота (N2O), а затем обмениваясь этими газами с атмосферой. Чтобы оценить роль выбросов из внутренних водоемов в распределении выбросов парниковых газов в Арктике, необходимо количественно оценить их выбросы в зависимости от способности поглощать их на суше. Мы представляем результаты измерений содержания растворенных CO2, CH4 и N2O в озерах, прудах и речных системах низкого уровня за два летних периода (2016-2017 гг.) в арктической тундровой низменности на реке Индигирка в Сибири. В течение мая–июля 2017 года регион пережил крупномасштабное наводнение, последствия которого мы зафиксировали в самом конце. Используя изображения дистанционного зондирования для увеличения масштабов выбросов во внутренние воды на площади около 18 км2, мы рассчитали совокупную интенсивность выбросов углерода (С), CO2-C и диффузионного CH4-C. Они варьировались от 7,03 ± 1,30 мгC в сутки (без затопления; среднее значение ± SD) до 9,63 ± 1,24 мгC в сутки (при затоплении). Включение этих значений в общий обмен углерода в ландшафте компенсировало поглощение углерода на суше на ∼9–∼13%. Когда выбросы N2O были рассчитаны как эквиваленты CO2, эти выбросы были незначительными по сравнению с CO2 и CH4. Наше исследование показывает, что в арктической тундре северо-восточной Сибири летние выбросы CO2 и CH4 из внутренних водоемов являются потенциально важным компонентом обмена углерода с атмосферой в ландшафте, компенсируя способность суши поглощать его, и это может быть важным фактором для сдерживания будущих ответных мер Арктики на потепление климата.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Biogeosciences.

Швейцарские исследователи выявили высокие поверхностные потоки CO₂ в паводковых водах тропических лесов

В экосистемах тропических лесов водно-болотные угодья, такие как болотные леса, являются важным связующим звеном между наземным и водным ландшафтами. Несмотря на предполагаемую важность, данных о потоках углерода в водно-болотных угодьях тропической Африки недостаточно. Таким образом, величина и источник потоков углекислого газа (CO2), соотношение изотопов углерода и условия окружающей среды были измерены в течение 3 лет с 2019 по 2022 год в сезонно затопляемом лесу и в постоянно затопляемом лесу в Центральной кювете бассейна реки Конго. Средние значения поверхностных потоков для сезонно затопляемого участка и для постоянно затопляемого участка составили 2,36±0,51 и 4,38±0,64 мкмоль м-2 с-1 соответственно. Данные временных рядов не выявили выраженной сезонной закономерности в потоках CO2. Что касается экологических факторов, то потоки воды на участке, подверженном сезонному затоплению, показали положительную корреляцию с температурой и влажностью почвы. Кроме того, уровень воды, по-видимому, является важным фактором, демонстрирующим квадратичную зависимость от потоков воды в почве на участке, подверженном сезонному затоплению. Значения δ13C показали постепенное увеличение всех углеродных пулов, начиная с надземной биомассы и заканчивая опавшими листьями, а затем и органическим углеродом почвы (SOC). Однако не было выявлено существенной разницы в содержании δ13C между SOC и CO2, выделяемым почвой. Это недостаточное обогащение может быть объяснено либо значительным вкладом автотрофного компонента почвенного дыхания, либо динамикой замкнутой системы. Для расчета потоков CO2 в воде на постоянно затопляемом участке была использована скорость переноса газа, полученная на месте (k600=2,95 см ч-1). Несмотря на низкий уровень k600, были обнаружены относительно высокие поверхностные потоки CO2 из-за очень высоких значений парциального давления CO2 (pCO2), измеренных в паводковых водах. В целом, эти результаты позволяют количественно оценить потоки CO2 из покрытых лесом водно-болотных угодий и дают представление о временной изменчивости этих потоков и их чувствительности к экологическим факторам.

Исследование опубликовано в журнале Biogeosciences.

Китайские исследователи оценили выбросы CO₂ с угольных электростанций с помощью лидарного спутника DQ-1

Электростанции, работающие на угле, являются основным источником глобальных выбросов углекислого газа, и точный учет этих значительных источников выбросов имеет решающее значение для борьбы с глобальным потеплением. Во многих предыдущих исследованиях для оценки выбросов электростанций использовались модели гауссовых шлейфов, но возможности наблюдения за высокоширотными регионами и ночными выбросами ограничены. Однако в высокоширотных районах существуют электростанции с крупными выбросами. Спутник DQ-1 оснащен первым в мире лидаром активного дистанционного зондирования для определения концентрации CO2 в столбе, который, по сравнению со спутниками пассивного дистанционного зондирования, позволяет проводить наблюдения в этих регионах. В этой статье применяется двумерная гауссова модель выбросов к результатам XCO2, полученным со спутника DQ-1, и анализируются мгновенные выбросы CO2 10 электростанциями по всему миру. Из них 15 случаев получены в результате ночных наблюдений, а 3 случая получены с электростанций, расположенных выше 60° северной широты. Результаты оценки демонстрируют хорошую согласованность при сравнении с кадастрами выбросов, такими как Climate TRACE и Carbon Brief, с коэффициентом корреляции R = 0,97. Коэффициент корреляции между соответствиями модели и спутниковыми наблюдениями колеблется от 0,49 до 0,88, а общая относительная случайная погрешность в оценках составляет 15,11 %. В этом документе также анализируются суточные различия в выбросах CO2 от электростанций и выявляется прямая корреляция колебаний выбросов с региональной динамикой спроса на электроэнергию. Этот метод очень эффективен для мониторинга выбросов из точечных источников, таких как электростанции.

Исследование опубликовано в журнале Atmospheric Chemistry and Physics.

Международная команда исследователей оценила влияние климата и CO₂ на валовую первичную продукцию лесов

На валовую первичную продукцию лесного хозяйства (GPP) оказывает влияние взаимосвязь между климатическими условиями и уровнем CO2 в атмосфере, которые взаимодействуют сложным образом, создавая как компенсирующие, так и усиливающие эффекты. В этом исследовании измерения вихревых ковариационных потоков в 50 лесных экосистемах были объединены с моделированием на основе 14 моделей наземной биосферы, чтобы исследовать, как климатические условия и концентрации CO2 в атмосфере регулируют GPP леса. Этот подход объединяет наблюдения на уровне участка с оценками модели в масштабе биома для достижения глобального понимания. Наши результаты свидетельствуют о том, что в бореальных и холодных регионах с умеренным климатом температура в первую очередь ограничивает внесение CO2 в лесные угодья; однако потепление и более высокие уровни CO2 в атмосфере, по прогнозам, ослабят эти ограничения. В тропических лесах внесение удобрений CO2 значительно повышает коэффициент полезного действия, но это преимущество будет сведено на нет негативными последствиями прогнозируемого потепления климата. Следовательно, взаимосвязь между климатом и атмосферным CO2, влияющим на коэффициент полезного действия лесов, динамична и подвержена постоянным изменениям.

Исследование опубликовано в журнале Environmental Research Letters.