تقدير غير مباشر لانبعاثات CO2 اليومية للوقود الأحفوري باستخدام TROPOMI NO2

  • role: First author第一作者
  • Affiliation:

    School of Environment Science and Spatial Informatics,China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China

  • Email:lulingxiao@cumt.edu.cn
  • Introduction:E-maillulingxiao@cumt.edu.cn
LU Lingxiao1,  
  • role: Corresponding author通信作者
  • Affiliation:

    School of Environment Science and Spatial Informatics,China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China

  • Email:qinkai@cumt.edu.cn
  • Introduction:E-mailqinkai@cumt.edu.cn
QIN Kai1*,  
  • Affiliation:

    School of Environment Science and Spatial Informatics,China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China

COHEN Jason Blake1,  
  • Affiliation:

    School of Environment Science and Spatial Informatics,China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China

LI Xiaolu1,  
  • Affiliation:

    Satellite Application Center for Ecology and Environment, Beijing 100094, China

ZHOU Chunyan2

ملخص

لتحقيق هدف "الحياد الكربوني"، من الضروري استخدام تقنيات الاستشعار عن بعد بالأقمار الصناعية لتقدير انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2) الناتجة عن استهلاك الوقود الأحفوري. ومع ذلك، وبسبب العمر الطويل لـ CO2 في الجو والتغطية الفضائية المحدودة لأجهزة استشعار CO2 الفضائية الحالية، من الصعب تقدير انبعاثات CO2 مباشرة من بيانات تركيز عمود CO2 التي يتم عكسها من الملاحظات الفضائية. وبالنظر إلى أن استهلاك الوقود الأحفوري ينبعث منه كل من CO2 وأكسيدات النيتروجين (NOx)، حيث تمتاز أكاسيد النيتروجين بعمر قصير وإمكانية جيدة للتقدير باستخدام الاستشعار عن بعد الفضائي، قام هذا البحث بدراسة تقدير انبعاثات CO2 اليومية الناتجة عن استهلاك الوقود الأحفوري بشكل غير مباشر استنادًا إلى بيانات تركيز عمود NO2 من TROPOMI في 28 مدينة شرقية ومنطقة مثلث الطاقة الغربية. أولاً، استخدم البحث بيانات تركيز عمود طبقة التروبوسفير NO2 من TROPOMI لعام 2019 ونموذج حفظ الكتلة لتقدير انبعاثات NOx اليومية وعدم اليقين المرتبط بها. ثانياً، تم تحليل العلاقة بين انبعاثات CO2 وNOx في قاعدة بيانات جرد الانبعاثات التي تم إنشاؤها بواسطة نموذج الجرد متعدد المقاييس (MEIC). وأخيراً، تم تقدير انبعاثات CO2 اليومية الناتجة عن استهلاك الوقود الأحفوري. أظهرت النتائج أن تقديرات الانبعاثات كانت متوافقة مع توزيع انبعاثات CO2 في جرد MEIC، إلا أن الدقة الفضائية والزمنية الأعلى أتاحت الكشف عن مصادر انبعاث ناشئة وصغيرة بسبب نقص البيانات الإحصائية. على سبيل المثال، في المدن الشرقية مثل بكين، كانت تقديرات الاستشعار عن بعد أعلى من جرد MEIC بحوالي 104% في المناطق الحضرية حول مركز المدينة، مما يشير إلى ظهور مصادر انبعاث جديدة مع التوسع الحضري السريع. في مثلث الطاقة الغربي، مثل منطقة يولين، هناك بعض مصادر الانبعاث في محطات الطاقة ومصانع الصلب ومناطق المناجم التي تشكل 10% فقط من إجمالي الانبعاثات في جرد MEIC، لكن هذه النسبة كانت 37% في التقديرات، مما يدل على أن المحطات الصناعية الصغيرة والمصادر التي لم تُدرج في الجرد يمكن رصدها باستخدام الاستشعار عن بعد. يمكن لنتائج البحث توفير دعم تقني لحساب انبعاثات الكربون الناتجة عن استهلاك الوقود الأحفوري في الصين.

مفهوم

الاستشعار عن بعد;الوقود الأحفوري;أكسيدات النيتروجين;ثاني أكسيد الكربون;TROPOMI;جرد الانبعاثات;تقدير غير مباشر;حفظ الكتلة;مصادر انبعاث ناشئة

References

  1. 1.
    Akimoto H, Ohara T, Kurokawa J I and Horii N. 2006. Verification of energy consumption in China during 1996-2003 by using satellite observational data. Atmospheric Environment, 40(40): 7663-7667
  2. 2.
    Berezin E V, Konovalov I B, Ciais P, Richter A, Tao S, Janssens-Maenhout G, Beekmann M and Schulze E D. 2013. Multiannual changes of CO2 emissions in China: indirect estimates derived from satellite measurements of tropospheric NO2 columns. Atmospheric Chemistry and Physics, 13(18): 9415-9438
  3. 3.
    Brasseur G P and Jacob D J. 2017. Modeling of Atmospheric Chemistry. Cambridge: Cambridge University Press
  4. 4.
    Canadell J G, Le Quéré C, Raupach M R, Field C B, Buitenhuis E T, Ciais P, Conway T J, Gillett N P, Houghton R A and Marland G. 2007. Contributions to accelerating atmospheric CO2 growth from economic activity, carbon intensity, and efficiency of natural sinks. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 104(47): 18866-18870
  5. 5.
    Ciais P, Dolman A J, Bombelli A, Duren R, Peregon A, Rayner P J, Miller C, Gobron N, Kinderman G, Marland G, Gruber N, Chevallier F, Andres R J, Balsamo G, Bopp L, Bréon F M, Broquet G, Dargaville R, Battin T J, Borges A, Bovensmann H, Buchwitz M, Butler J, Canadell J G, Cook R B, Defries R, Engelen R, Gurney K R, Heinze C, Heimann M, Held A, Henry M, Law B, Luyssaert S, Miller J, Moriyama T, Moulin C, Myneni R B, Nussli C, Obersteiner M, Ojima D, Pan Y, Paris J D, Piao S L, Poulter B, Plummer S, Quegan S, Raymond P, Reichstein M, Rivier L, Sabine C, Schimel D, Tarasova O, Valentini R, Wang R, Van Der werf G, Wickland D, Williams M and Zehner C. 2014. Current systematic carbon-cycle observations and the need for implementing a policy-relevant carbon observing system. Biogeosciences, 11(13): 3547-3602
  6. 6.
    Eldering A, Wennberg P O, Crisp D, Schimel D S, Gunson M R, Chatterjee A, Liu J, Schwandner F M, Sun Y, O’dell C W, Frankenberg C, Taylor T, Fisher B, Osterman G B, Wunch D, Hakkarainen J, Tamminen J and Weir B. 2017. The orbiting carbon observatory-2 early science investigations of regional carbon dioxide fluxes. Science, 358(6360): eaam5745
  7. 7.
    Goldberg D L, Lu Z F, Oda T, Lamsal L N, Liu F, Griffin D, McLinden Chris A, Krotkov N A, Duncan B N and Streets D G. 2019. Exploiting OMI NO2 satellite observations to infer fossil-fuel CO2 emissions from U.S. megacities. Science of the Total Environment, 695: 133805
  8. 8.
    Guan D B, Liu Z, Geng Y, Lindner S and Hubacek K. 2012. The gigatonne gap in China’s carbon dioxide inventories. Nature Climate Change, 2(9): 672-675
  9. 9.
    Hakkarainen J, Ialongo I, Oda T, Szeląg M E, O’Dell C W, Eldering A and Crisp D. 2023. Building a bridge: characterizing major anthropogenic point sources in the South African Highveld region using OCO-3 carbon dioxide snapshot area maps and Sentinel-5P/TROPOMI nitrogen dioxide columns. Environmental Research Letters, 18(3): 035003
  10. 10.
    Hakkarainen J, Ialongo I and Tamminen J. 2016. Direct space‐based observations of anthropogenic CO2 emission areas from OCO‐2. Geophysical Research Letters, 43(21): 11400-11406
  11. 11.
    Hammerling D M, Michalak A M, O’Dell C and Kawa S R. 2012. Global CO2 distributions over land from the Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT). Geophysical Research Letters, 39(8): L08804
  12. 12.
    IPCC. 2014. Climate change 2014: impacts, adaptation, and vulnerability. Part A: global and sectoral aspects. IPCC
  13. 13.
    Janssens-Maenhout G, Crippa M, Guizzardi D, Muntean M, Schaaf E, Dentener F, Bergamaschi P, Pagliari V, Olivier J G J, Peters J A H W, Van Aardenne J A, Monni S, Doering U, Petrescu A M R, Solazzo E and Oreggioni G D. 2019. EDGAR v4.3.2 Global Atlas of the three major greenhouse gas emissions for the period 1970-2012. Earth System Science Data, 11(3): 959-1002
  14. 14.
    Konovalov I B, Berezin E V, Ciais P, Broquet G, Beekmann M, Hadji-Lazaro J, Clerbaux C, Andreae M O, Kaiser J W and Schulze E D. 2014. Constraining CO2 emissions from open biomass burning by satellite observations of co-emitted species: a method and its application to wildfires in Siberia. Atmospheric Chemistry and Physics, 14(19): 10383-10410
  15. 15.
    Konovalov I B, Berezin E V, Ciais P, Broquet G, Zhuravlev R V and Janssens-Maenhout G. 2016. Estimation of fossil-fuel CO2 emissions using satellite measurements of “proxy” species. Atmospheric Chemistry and Physics, 16(21): 13509-13540
  16. 16.
    Korsbakken J I, Peters G P and Andrew R M. 2016. Uncertainties around reductions in China’s coal use and CO2 emissions. Nature Climate Change, 6(7): 687-690
  17. 17.
    Kort E A, Frankenberg C, Miller C E and Oda T. 2012. Space‐based observations of megacity carbon dioxide. Geophysical Research Letters, 39(17): L17806
  18. 18.
    Li M, Liu H, Geng G N, Hong C P, Liu F, Song Y, Tong D, Zheng B, Cui H Y, Man H Y, Zhang Q and He K B. 2017a. Anthropogenic emission inventories in China: a review. National Science Review, 4(6): 834-866
  19. 19.
    Li M, Zhang Q, Kurokawa J I, Woo J H, He K B, Lu Z F, Ohara T, Song Y, Streets D G, Carmichael G R, Cheng Y F, Hong C P, Huo H, Jiang X J, Kang S C, Liu F, Su H and Zheng B. 2017b. MIX: a mosaic Asian anthropogenic emission inventory under the international collaboration framework of the MICS-Asia and HTAP. Atmospheric Chemistry and Physics, 17(2): 935-963
  20. 20.
    Li X L, Cohen J B, Qin K, Geng H, Wu X H, Wu L L, Yang C L, Zhang R and Zhang L Q. 2023. Remotely sensed and surface measurement-derived mass-conserving inversion of daily NOx emissions and inferred combustion technologies in energy-rich northern China. Atmospheric Chemistry and Physics, 23(14): 8001-19
  21. 21.
    Liu F, Duncan B N, Krotkov N A. , Lamsal L N, Beirle S, Griffin D, McLinden C A, Goldberg D L and Lu Z F. 2020. A methodology to constrain carbon dioxide emissions from coal-fired power plants using satellite observations of co-emitted nitrogen dioxide. Atmospheric Chemistry and Physics, 20(1): 99-116
  22. 22.
    Nassar R, Hill T G, McLinden C A, Wunch D, Jones D B A and Crisp D. 2017. Quantifying CO2 emissions from individual power plants from space. Geophysical Research Letters, 44(19): 10045-10053
  23. 23.
    Oda T, Bun R, Kinakh V, Topylko P, Halushchak M, Marland G, Lauvaux T, Jonas M, Maksyutov S, Nahorski Z, Lesiv M, Danylo O and Horabik-Pyzel J. 2019. Errors and uncertainties in a gridded carbon dioxide emissions inventory. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 24(6): 1007-1050
  24. 24.
    Qin K, Lu L X, Liu J, He Q, Shi J C, Deng W Z, Wang S and Cohen J B. 2023. Model-free daily inversion of NOx emissions using TROPOMI (MCMFE-NOx) and its uncertainty: declining regulated emissions and growth of new sources. Remote Sensing of Environment, 295: 113720
  25. 25.
    Reuter M, Buchwitz M, Hilboll A, Richter A, Schneising O, Hilker M, Heymann J, Bovensmann H and Burrows J P. 2014. Decreasing emissions of NOx relative to CO2 in East Asia inferred from satellite observations. Nature Geoscience, 7(11): 792-795
  26. 26.
    Schwandner F M, Gunson M R, Miller C E, Carn S A, Eldering A, Krings T, Verhulst K R, Schimel D S, Nguyen H M, Crisp D, O’dell C W, Osterman G B, Iraci L T and Podolske J R. 2017. Spaceborne detection of localized carbon dioxide sources. Science, 358(6360): eaam5782
  27. 27.
    Solazzo E, Crippa M, Guizzardi D, Muntean M, Choulga M and Janssens-Maenhout G. 2021. Uncertainties in the Emissions Database for Global Atmospheric Research (EDGAR) emission inventory of greenhouse gases. Atmospheric Chemistry and Physics, 21(7): 5655-5683
  28. 28.
    Van Geffen J, Boersma K F, Eskes H, Sneep M, Ter Linden M, Zara M and Veefkind J P. 2020. S5P TROPOMI NO2 slant column retrieval: method, stability, uncertainties and comparisons with OMI. Atmospheric Measurement Techniques, 13(3): 1315-1335
  29. 29.
    Veefkind J P, Aben I, McMullan K, Förster H, De Vries J, Otter G, Claas J, Eskes H J, De Haan J F, Kleipool Q, Van Weele M, Hasekamp O, Hoogeveen R, Landgraf J, Snel R, Tol P, Ingmann P, Voors R, Kruizinga B, Vink R, Visser H and Levelt P F. 2012. TROPOMI on the ESA Sentinel-5 Precursor: a GMES mission for global observations of the atmospheric composition for climate, air quality and ozone layer applications. Remote Sensing of Environment, 120: 70-83
  30. 30.
    Wang Y L, Broquet G, Ciais P, Chevallier F, Vogel F, Kadygrov N, Wu L, Yin Y, Wang R and Tao S. 2017. Estimation of observation errors for large-scale atmospheric inversion of CO2 emissions from fossil fuel combustion. Tellus B: Chemical and Physical Meteorology, 69(1): 1325723
  31. 31.
    Wheeler D and Ummel K. 2008. Calculating carma: global estimation of CO2 emissions from the power sector. SSRN Electronic Journal
  32. 32.
    Wu D E, Lin J C, Fasoli B, Oda T, Ye X X, Lauvaux T, Yang E G and Kort E A. 2018. A Lagrangian approach towards extracting signals of urban CO2 emissions from satellite observations of atmospheric column CO2 (XCO2): X-Stochastic Time-Inverted Lagrangian Transport model (“X-STILT v1”). Geoscientific Model Development, 11(12): 4843-4871
  33. 33.
    Yang E G, Kort E A, Ott L E, Oda T and Lin J C. 2023. Using space‐based CO2 and NO2 observations to estimate urban CO2 emissions. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 128(6): e2022JD037736
  34. 34.
    Zheng B, Geng G N, Ciais P, Davis S J, Martin R V, Meng J, Wu N N, Chevallier F, Broquet G, Boersma F, Van Der A R, Lin J T, Guan D B, Lei Y, He K B and Zhang Q. 2020. Satellite-based estimates of decline and rebound in China’s CO2 emissions during COVID-19 pandemic. Science Advances, 6(49): eabd4998
  35. 35.
    Zheng B, Tong D, Li M, Liu F, Hong C P, Geng G N, Li H Y, Li X, Peng L Q, Qi J, Yan L, Zhang Y X, Zhao H Y, Zheng Y X, He K B and Zhang Q. 2018. Trends in China’s anthropogenic emissions since 2010 as the consequence of clean air actions. Atmospheric Chemistry and Physics, 18(19): 14095-14111

قراءة النص الكامل

The above content is generated by Large Model Translation. The translated content is for reference only. We do not assume any commercial or legal responsibilty for any consequences arising from the use of our website