Дайджест за февраль 2026 г.: обзор последних исследований в области газообмена между поверхностью и атмосферой

Новости проекта

Американские исследователи измерили потоки CO₂ и CH₄ из стоячих мёртвых деревьев вдоль градиента влажности в лесных болотах штата Мэн

Валежник, составляющий 15-20% надземной биомассы лесов, является важным, но недостаточно изученным компонентом экосистемных потоков парниковых газов (ПГ). В частности, стоячие мертвые деревья (коряги) могут служить проводниками атмосферных потоков углекислого газа (CO2) и метана (CH4), которые изменяются в зависимости от условий окружающей среды. Мы измерили потоки CO2 и CH4 из шести коряг, расположенных вдоль градиента от возвышенности к заболоченной местности в исследовательском лесу Хоуленд (штат Мэн, США). Измерения проводились каждые две недели с апреля по ноябрь 2024 года. Используя нелинейные модели, мы количественно оценили реакцию потока на экологические факторы, включая влажность почвы, температуру грунта и воздуха. Потоки газов увеличивались с повышением температуры, однако поток CO2 достигал максимума при умеренной влажности почвы (≈ 30 %), в то время как CH4 достигал максимума при самых высоких уровнях влажности. Потоки СН4 в подавляющем большинстве случаев были положительными, что позволяет предположить, что коряги являются важными путями выделения газов из водно-болотных угодий. Поток СН4 был относительно нечувствителен при низкой влажности почвы и температуре, но увеличивался с повышением температуры почвы при высокой влажности почвы, подтверждая, что метаногенез зависит от анаэробных условий увлажнения. Результаты также свидетельствуют о том, что поток CO2 варьировался в зависимости от потока CH4 от snags, причем уменьшение потока CO2 было связано с увеличением потока CH4. По мере увеличения влажности почвы при влажности почвы ≈ 60 % происходило заметное изменение газовых потоков (от выбросов CO2 к выбросам CH4). По сравнению с другими субстратами на этом участке, включая почву, живые деревья и различный сухостой, коряги были самыми крупными источниками CO2 и вторыми по величине источниками CH4. Мы представляем прямые измерения газообмена в корягах по градиенту влажности и температуры, позволяющие по-новому взглянуть на потоки CO2 и CH4 из коряг.

Исследование опубликовано в Biogeosciences.

Канадские исследователи использовали спутники GHGSat для оценки глобальных выбросов метана из объектов энергетического сектора в 2023 году

Выбросы метана на объектах энергетического сектора (нефть, газ и уголь) вносят существенный вклад в выбросы парниковых газов и имеют значительный потенциал для их снижения. Мы оценили глобальные выбросы метана в 2023 году из точечных источников в энергетическом секторе, используя спутниковую группировку GHGSat с высоким пространственным разрешением. Спутник GHGSat зафиксировал выбросы метана в объеме 8,30 ± 0,24 миллиона тонн в год на 3114 участках, где происходили выбросы. Было обнаружено, что обнаруженные участки с выбросами нефти, газа и угля в 16 и 48% случаев, соответственно, превышают предел обнаружения GHGSat без явных континентальных различий. По сравнению с оценкой Глобального кадастра использования топлива (GFEIv3), оценка GHGSat включает 12% от общего объема выбросов GFEIv3, или 24% в местах наблюдения GHGSat, с хорошей пространственной корреляцией в масштабе страны, но только слабой пространственной корреляцией в масштабе ячейки сетки 0,2°-×-0,2°. Выбросы метана при добыче нефти, газа и угля являются причиной значительной доли глобальных выбросов парниковых газов, и их относительно просто уменьшить, но сначала необходимо определить эти источники. Джервис и др. определены оценки выбросов метана в 2023 году из точечных источников в энергетическом секторе с использованием глобальных данных высокого разрешения спутниковой группировки GHGSat. Эти наблюдения выявили непостоянный характер многих выбросов, а также степень пространственной корреляции выбросов с существующими кадастрами, продемонстрировав полезность спутниковых наблюдений с высоким разрешением и предоставив полезную информацию для целенаправленных усилий по смягчению последствий.

Исследование опубликовано в Science.

Австралийские учёные использовали спутниковую флуоресценцию и инверсные методы для оценки фотосинтеза и других природных потоков CO₂

Вклад фотосинтеза и других естественных компонентов углеродного цикла представляет собой самую большую неопределенность в нашем понимании источников и поглотителей углекислого газа (CO2). В то время как пространственно-временное распределение суммарного поверхностного потока Земли (сумма всех вкладов) может быть выведено из концентраций CO2 в атмосфере с помощью инверсии потока, отнесение суммарного потока к его отдельным компонентам остается сложной задачей. Появление спутниковых наблюдений за флуоресценцией, вызванной солнечным излучением (SIF), дает возможность разделить природные компоненты путем выделения валовой первичной продуктивности (GPP), фотосинтетической составляющей чистого потока. Здесь мы представляем новую систему статистической инверсии потоков, которая одновременно использует данные наблюдений за концентрацией SIF и CO2, расширяя WOMBAT v2.0 (WOllongong Methodology for Bayesian Assimilation of Trace-gases, version 2.0) иерархической моделью пространственно-временной зависимости между процессами GPP и SIF. Мы называем новую систему WOMBAT v2.S и применяем ее к данным SIF и CO2, полученным со спутника NASA Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) и другим приборам для оценки естественных потоков по всему земному шару за последний шестилетний период. В имитационном эксперименте, который соответствует поисковым характеристикам OCO-2, включение SIF повышает точность и неопределенность количественных оценок потока компонентов. Сравнивая оценки WOMBAT v2.S, v2.0 и независимой инициативы FLUXCOM, мы видим, что привязка GPP к SIF оказывает незначительное влияние на чистый поток, как и ожидалось, но приводит к усилению сезонных циклов и изменению зонального распределения компонентов естественного потока.

Исследование опубликовано в Environmetrics.

Китайские ученые изучили пространственное распределение CO₂ и CH₄ на городских магистралях с помощью мобильного мониторинга

Углекислый газ (CO2) и метан (CH4) являются важными парниковыми газами, выбрасываемыми транспортными средствами, однако их пространственная структура в пределах городских дорожных сетей остается недостаточно изученной. В рамках этого исследования были проведены мобильные измерения CO2 и CH4 вдоль Первой кольцевой дороги (средняя скорость транспортного средства для мониторинга: 22 км/ч), Второй кольцевой дороги (22 км/ч) и Кольцевой скоростной автомагистрали (90 км/ч) в Сиане, Китай, для изучения их пространственных характеристик. распределение и влияющие факторы. Средние концентрации CO2 и CH4 на трех кольцевых дорогах явно снижались по мере удаления от центра города. Концентрации как CO2, так и CH4 были выше при более низких скоростях движения транспортных средств и при более интенсивном движении, но точки распространения CH4 пространственно отличались от CO2 и в меньшей степени зависели от скорости транспортного средства, что указывает на дополнительные источники CH4 вне дорог (например, утечки природного газа, близлежащие животноводческие фермы). В исследовании, проведенном на примере туннеля, концентрации CO2, CH4 и СО увеличивались одновременно от входа к выходу, что привело к сильной корреляции между CH4 и СО2 (R2 = 0,86) и между CO и СО2 (R2 = 0,66). Это привело к увеличению коэффициента выбросов (ΔCH4/ΔCO2 = 0,160 ppb /ppm; ΔCO/ΔCO2 = 3,151 ppb/ppm), что свидетельствует о неполном сгорании топлива в условиях заторов. Наши результаты предоставляют прямые данные наблюдений, связывающие динамику городского движения с выбросами парниковых газов, и подчеркивают необходимость смягчения последствий заторов для снижения выбросов, связанных с климатом на дорогах.

Исследование опубликовано в Atmosphere.

Британские исследователи разработали сеть дистанционного зондирования GEMINI-UK для уточнения национальных оценок выбросов CO₂ и CH₄

Сеть мониторинга выбросов парниковых газов для информирования об инициативах по нулевому выбросу в Великобритании (GEMINI-UK) включает в себя десять приборов Bruker EM27/SUN, расположенных по всей Великобритании, которые регистрируют средние объемные соотношения CO2 и метана при смешивании в сухом виде (XCO2 и XCH4). Основной целью GEMINI-UK является получение региональных оценок чистого потока CO2 и метана по всей Великобритании, которые могут быть использованы для предоставления правительству Великобритании полезной информации. Приборы размещены в специально изготовленных автономных, защищенных от атмосферных воздействий корпусах, которые помогают максимально эффективно собирать данные без использования облачных вычислений в течение всего календарного года. Сеть начнет функционировать в полную силу в конце 2025 года. На этапе ввода в эксплуатацию мы спроектировали сеть таким образом, чтобы она обеспечивала максимальное снижение неопределенности в чистых потоках CO2 на основе предыдущих кадастров выбросов. Эти десять сайтов расположены в учебных заведениях Великобритании и национальной научно-исследовательской лаборатории, что подчеркивает наше стремление сделать эти данные общедоступными. В этом исследовании мы используем серию численных экспериментов с замкнутым циклом для номинального календарного 2019 года, чтобы количественно оценить теоретическую выгоду от использования этой новой наземной сети дистанционного зондирования, учитывающей облачность, для оценки пространственно разрешенных чистых потоков CO2 и метана по всей Великобритании. Основываясь на наших результатах, мы ожидаем, что GEMINI-UK обеспечит значительное снижение погрешности в расчетах потоков CO2 - до 51% в январе и до 59% в июле (только для GEMINI-UK), а также до 8% в январе и до 24% в июле в сочетании с существующими расчетами tall. замеры башен, собранные по всей Англии и Ирландии. Несмотря на то, что сеть была оптимально спроектирована для улучшения нашего понимания потоков CO2 в Великобритании, мы ожидаем, основываясь на наших расчетах, что GEMINI-UK также существенно снизит неопределенность в отношении выбросов метана, достигнув снижения априорных ошибок до 55% в январе и до 75% в июле (только для GEMINI-UK)., а также до 10 % в январе и до 29 % в июле в сочетании с существующими высотными зданиями. В контексте расширения информации, собираемой созданной сетью высоких мачт, мы обнаружили, что данные GEMINI-UK имеют наибольший потенциал для регионов с интенсивным потоком в центральной и южной частях Великобритании в зимние месяцы, а также для более обширных южных и северных регионов в летние месяцы. В более широком смысле, данные, собранные GEMINI-UK, также послужат основой для оценки спутниковых наблюдений за этими остаточными газами, что обеспечит уверенность в их способности дополнить данные, собранные GEMINI-UK и сетью tall tower.

Исследование опубликовано в Atmospheric Measurement Techniques.

Европейские исследователи впервые применили воздушные пульсационные измерения для оценки выбросов N₂O и CH₄ в сельском хозяйстве

В этом исследовании сообщается о первом успешном внедрении новой воздушной установки для проведения пульсационных измерений (EC) для лучшей характеристики и количественной оценки выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве, не связанных с CO2. Система была установлена на борту исследовательского самолета DLR Cessna Caravan для количественной оценки выбросов метана (CH4) и закиси азота (N2O) в период вегетации во Фрисландии, сельскохозяйственном регионе Нидерландов, в начале лета 2023 года. Система EC состоит из коммерческого квантово-каскадного лазерного спектрометра, специально адаптированного для наблюдений с воздуха и предоставляющего данные о N2O и CH4 с частотой 10 Гц, и метеорологического измерительного комплекса METPOD, который предоставляет данные о вертикальном ветре, горизонтальном ветре, водяном паре и температуре. Наши измерения являются новинкой для N2O, поскольку они являются первой реализацией количественной оценки выбросов в сельском хозяйстве с помощью воздушных EC, сочетающих преимущества охвата в региональном масштабе при сохранении высокого пространственного разрешения и, следовательно, хорошо подходят для определения пространственной сложности этого доминирующего сектора выбросов. Система обеспечивает получение потоков с минимальными искажениями низких и высокочастотных частот, низкими пределами обнаружения и общей неопределенностью (30-100%), сравнимыми с другими воздушно-капельными методами, несмотря на сложность сельскохозяйственных выбросов. Во время измерений во Фрисландии мы выявили явные очаги выбросов N2O и максимумы с пиковыми потоками 0,34 мкг м-2 с-1 в региональном масштабе после интенсивных осадков, выпадавших после относительно засушливого периода. Единичные маломасштабные выбросы в горячих точках достигали 1 мкг м-2 с-1, в то время как потоки CH4, напротив, демонстрировали меньшие временные колебания, составляя в среднем 1,62 мкг м-2 с-1 на протяжении всей трехнедельной кампании. Выбросы N2O были относительно высокими по сравнению с другими сельскохозяйственными регионами мира, и предварительные сравнения с EDGAR v8.0 и голландским реестром выбросов Emissieregistratie свидетельствуют о существенной недооценке выбросов N2O в период вегетации в текущих реестрах и отсутствии соответствующего годового цикла. Наши результаты еще раз подтверждают настоятельную необходимость независимой проверки 8зарегистрированных выбросов N2O и CH4 в сельском хозяйстве, которое является наиболее доминирующим антропогенным сектором, не связанным с выбросами парниковых газов, связанных с CO2, и, как ожидается, станет еще более доминирующим в будущем, с ростом мирового населения и спроса на продовольствие.

Исследование опубликовано в Atmospheric Measurement Techniques.

Канадские ученые применили телескопическую систему измерений для оценки выбросов метана из наземных источников

Количественная оценка выбросов метана (CH4) из антропогенных источников необходима для обеспечения соответствия требованиям, инвентаризации и проверки. Одним из устоявшихся подходов к балансированию массы является метод подвижной плоскости потока, при котором выбросы могут быть оценены на основе измерений CH4 на различных высотах. Для большинства традиционных применений требуется либо беспилотный летательный аппарат, либо самолет, и то и другое может быть дорогостоящим или ограничивать возможности применения в любых ситуациях. Чтобы расширить область применения и повысить практичность, мы адаптировали метод flux plane, используя длинную телескопическую стойку и датчик CH4, установленный на рюкзаке. Мы проверили точность в 44 экспериментах с контролируемым высвобождением (0,2–5,6 кгСН4 ч−1) из штабеля высотой 2,4 м. Измерения проводились на 6 высотах (0,8–5,6 м) путем прохождения участков на расстоянии 10-30 м с подветренной стороны. Средняя относительная погрешность полученных данных составила -10,1 %, при этом 68 % оценок оказались в пределах ±38,3 % от истинных значений. Результаты сопоставимы с методами, полученными с помощью беспилотных летательных аппаратов. Мы также протестировали оптимизированную гауссову модель шлейфа, используя частичные вертикальные профили, чтобы решить проблемы, из-за которых полюс не мог измерить вершину шлейфа. Этот подход был немного менее точным, чем метод flux plane, и имел меньшую погрешность. В целом, результаты показывают, что многоуровневые измерения CH4 на телескопических столбах в сочетании с плоскостными или гауссовыми моделями могут (i) обеспечить количественную оценку выбросов из источников, расположенных на возвышенности, практичным с точки зрения логистики способом с результатами, сопоставимыми с другими широко используемыми мобильными методами количественной оценки, и (ii) обеспечить количественную оценку источников, выбрасывающих CH4 с низкой интенсивностью благодаря этот метод позволяет работать на близком расстоянии, дополняя другие мобильные методы, такие как системы на базе транспортных средств, самолетов и спутников, которые обычно измеряют источники с более высоким уровнем излучения.

Исследование опубликовано в Atmospheric Measurement Techniques.

Бразильские исследователи изучили влияние гидрометеорологических условий на потоки CO₂ в тропических лесах Пантанала

Понимание динамики потоков углерода в тропических экосистемах имеет решающее значение для оценки их роли в регулировании глобального климата. В этом исследовании исследуется временная изменчивость чистого экосистемного обмена (NEE) CO2 и его взаимодействие с ключевыми метеорологическими переменными в экосистеме тропических лесов Пантанала, Бразилия. Используя почасовые данные высокого разрешения, полученные с помощью потоковой башни, мы применяем анализ флуктуаций с отклонением от тренда (DFA) и взаимный корреляционный анализ с отклонением от тренда (DCCA) для анализа суточных и сезонных циклов NEE, скрытого тепла (LE), ощутимого тепла (H), глобальной радиации (Rg), температуры воздуха и почвы (Tair и Tsoil), относительной влажности (RH) и дефицита давления пара (VPD). Результаты показывают сильную суточную связь между солнечной радиацией, температурой и потоками углерода, причем пик поглощения CO2 приходится на полдень. Ключевым результатом является заметный переход к сильному снижению стойкости NEE в недельном масштабе в течение сухого сезона, что подтверждается одновременным снижением LE и RH и увеличением H и VPD. Это подчеркивает, что нехватка воды является важнейшим фактором выброса углерода и раскрывает ранее неизвестный механизм регулирования углеродного цикла в экосистеме. Эти результаты подчеркивают чувствительность динамики углерода к гидрометеорологическим условиям и необходимость проведения многомасштабного анализа. Сохраняется неопределенность в отношении роли экстремальных засух и наводнений, а также динамики землепользования, которые заслуживают дальнейшего изучения.

Исследование опубликовано в Biogeosciences.

Международный коллектив ученых оценил вклад FLUXNET в изучение источников и поглотителей углерода на суше

Обмен углекислым газом (CO2) и водяным паром между экосистемой и атмосферой является реакцией на глобальные изменения окружающей среды, такие как изменение климата, повышенный уровень CO2 в атмосфере, нарушения окружающей среды, а также изменения в землепользовании и управлении. Понимание этих обменов требует проведения глобально распределенных и непрерывных долгосрочных измерений в масштабе экосистемы, охватывающих различные климатические условия и экосистемы, что подтверждается разработкой метода пульсационных измерений (EC). В этом обзоре мы обсудим, как глобальная сеть сайтов ЕС, возглавляемая FLUXNET, продвинулась в понимании круговорота углерода и воды на суше. С начала 1990-х годов измерения ЕС позволили получить представление о колебаниях потоков углерода и воды в различных временных масштабах (от получаса до десятилетия), типах растительности и градиентах окружающей среды, а также об их реакции на глобальные изменения. Масштабирование измерений EC и полученные в результате наборы данных также улучшили понимание масштабов, пространственных структур, сезонных изменений, межгодовой изменчивости и тенденций в области поглотителей и источников углерода, суммарного испарения и эффективности водопользования в ответ на глобальные изменения на региональном и глобальном уровнях. Измерения EC и масштабированные данные также помогают интерпретировать и оценивать полученные со спутников данные, а также сопоставлять и совершенствовать модели земной биосферы и Земной системы. Будущие усилия должны повысить репрезентативность сети, способствовать открытому обмену данными, обеспечивать измерения практически в режиме реального времени, повышать точность масштабируемых продуктов и лучше поддерживать усилия по смягчению последствий изменения климата.

Исследование опубликовано в Nature Reviews Earth & Environment.

Японские исследователи провели мобильный мониторинг выбросов метана в Токио и выявили ключевые городские источники CH₄

Для изучения распределения и величин выбросов метана (СН4) в Токио, крупнейшем мегаполисе мира, был создан мобильный измерительный центр на базе транспортных средств, и с сентября по октябрь 2023 года была проведена трехнедельная кампания по измерению. В рамках кампании мы провели эксперимент по контролю выбросов, чтобы связать превышение значений CH4 с подветренной стороны с уровнем выбросов CH4 в источнике. Эмпирическое уравнение, полученное в результате эксперимента, значительно отличалось от тех, о которых сообщалось в предыдущих исследованиях, что свидетельствует об ограниченности такого преобразования коэффициента усиления в коэффициент выбросов, что является источником большой неопределенности при оценке выбросов CH4 в городах на основе измерений на уровне улиц. Неопределенность обусловлена различными условиями проведения эксперимента и лежащими в его основе допущениями (например, расстоянием до источника и высотой), которые не всегда соответствуют реальным условиям проведения измерений в городах. Мобильная измерительная кампания охватила значительную часть Большого Токио, общая протяженность которой составила более 2000 км. Были определены места повышения содержания CH4 и определены соотношения содержания C2H6 к CH4 для отдельных мест, чтобы разделить их на биогенные источники, источники, работающие на ископаемом топливе, и источники, работающие при сжигании CH4. Из в общей сложности 565 мест, которые были определены как источники CH4, 53 % и 42 % были отнесены к биогенным источникам и источникам ископаемого топлива соответственно, а остальные были получены в результате незначительного сжигания. На основе статистических данных об измеренных превышениях содержания CH4 были рассчитаны выбросы CH4 для конкретных районов, где был достигнут относительно высокий охват измерениями. В районах, где расположены биогенные объекты (свалки и очистные сооружения), наши оценки выбросов хорошо согласуются с отчетностью местных органов власти, что указывает на фактический ключевой вклад предприятий сектора переработки отходов. С другой стороны, в жилых районах выбросы CH4 были преимущественно связаны с использованием ископаемого топлива, и их масштабы были сопоставимы с районами, где расположены предприятия по переработке отходов. Однако такие выбросы, связанные с ископаемым топливом, не учитываются в отчетности местных органов власти. Этот результат подчеркивает необходимость улучшения учета выбросов, связанных с ископаемым топливом в городах.

Исследование опубликовано в Atmospheric Chemistry and Physics.