Ontrafelen van broeikasgasvariaties in Xianghe, China

2023-2024
Nieuw onderzoek werpt licht op de belangrijkste bronnen van broeikasgassen bij de meetlocatie Xianghe, net buiten Peking. Dankzij geavanceerde grondmetingen en atmosferisch transportmodel WRF-GHG konden onderzoekers de sectoren aanwijzen die het meest bijdragen aan de CO2- en CH4-concentraties: industriële activiteiten, landbouw, energieproductie, maar ook de biosfeer.

Daarnaast blijkt dat weerpatronen een grote rol spelen, bijvoorbeeld door vervuilde lucht vanaf het Chinese laagland naar het meetpunt te transporteren. Deze inzichten helpen ons de regionale broeikasgasdynamiek beter te begrijpen en maken klimaatinschattingen nauwkeuriger.

Observations at Xianghe

Xianghe heeft een lange meetgeschiedenis: sinds 1974 worden er atmosferische observaties uitgevoerd door het Institute of Atmospheric Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen. De locatie ligt in een voorstedelijk gebied, relatief dicht bij Peking, in een dichtbevolkte en geïndustrialiseerde regio.

Dankzij de expertise van BIRA-IASB, beschikt Xianghe sinds 2018 over een hoogprecisie-instrument voor grondmetingen van CO₂, CH₄ en koolmonoxide (CO).

Er wordt nu op twee manieren gemeten:

  • Remote sensing om de totale hoeveelheid gas in de hele atmosfeer te bepalen, van het aardoppervlak tot de top van de atmosfeer.
  • In-situ metingen om gedetailleerde concentraties vlak bij het oppervlak te registreren.

De grondgebonden remote sensing-metingen maken bovendien deel uit van het wereldwijde Total Carbon Column Observation Network (TCCON), dat een belangrijke bijdrage levert aan langdurige monitoring van de atmosfeer en de validatie van satellietgegevens.

Atmosferisch transportmodel

Om de gemeten variaties beter te begrijpen, werd het atmosferische transportmodel WRF-GHG toegepast op de regio.

Dit model maakt het mogelijk om de invloed van verschillende factoren te onderscheiden: komen de schommelingen door industriële emissies, energieproductie, landbouwactiviteiten of juist door veranderende weersomstandigheden? Door een volledig jaar aan CO₂- en CH₄-concentraties te simuleren en die te vergelijken met zowel kolom- als oppervlaktemetingen, konden de onderzoekers de belangrijkste processen achter de metingen identificeren.

Resultaten

Uit de analyses blijkt dat CH₄-concentraties voornamelijk worden beïnvloed door landbouwactiviteiten, residentiële verwarming, fossiele-brandstofwinning en afvalbeheer, terwijl CO₂-variaties samenhangen met industriële activiteiten, energieproductie en interacties met de biosfeer.

Verder blijken veranderende windpatronen een cruciale rol te spelen: zuidwestelijke winden brengen vervuilde lucht vanuit het verstedelijkte Chinese Laagland, terwijl noordelijke winden schonere lucht aanvoeren vanuit afgelegen gebieden zoals Binnen-Mongolië, wat respectievelijk de concentraties in Xianghe verhoogt of verlaagt.

Het model wist veel van de waargenomen patronen succesvol te reproduceren en leverde waardevolle inzichten op in de regionale dynamiek van broeikasgassen. Momenteel wordt het ook ingezet in België, binnen het VERBE-project, om CO₂- en CH₄-emissies te verifiëren.

 

Referentie

Callewaert, S., Zhou, M., Langerock, B., Wang, P., Wang, T., Mahieu, E., and De Mazière, M.: A WRF-Chem study of the greenhouse gas column and in situ surface concentrations observed at Xianghe, China. Part 1: Methane (CH4), EGUsphere [preprint], https://doi.org/10.5194/egusphere-2024-3228, 2024.

Illustratie Peking
Illustration of Beijing
Broeikasgassen zoals kooldioxide (CO₂) en methaan (CH₄) spelen een belangrijke rol in klimaatverandering, waardoor het cruciaal is om inzicht te hebben in hun bronnen en gedrag in de atmosfeer. Grondmetingen van deze gassen zijn echter nog steeds relatief beperkt in China, een van 's werelds grootste uitstoters. Foto door Zhang Kaiyv, via pexels.com.
Kaart van Noord-China
Kaart van Noord-China met de locatie van het Xianghe-meetpunt (rode ster). De zwarte stippen stellen de grootste steden in de regio voor.
Tijdreeks CO2 Xianghe in juli-augustus 2019
(a) Tijdreeks van gemeten (rood) en door het model berekende (zwart) kolom-CO₂-concentraties in Xianghe in juli-augustus 2019. De lichtgrijze zone markeert een periode met verhoogde CO₂-waarden.
(b) Bijdragen van de verschillende processen die samen met de achtergrond (niet weergegeven) de totale gesimuleerde concentratie vormen.
(c) De berekende temperatuur op 2 m hoogte op de locatie.

De figuren laten zien dat de piek in CO₂ samenviel met westelijke luchtaanvoer (pijlen in paneel a), een lagere opname door de biosfeer (groene lijn in b) en hogere temperaturen (paneel c). De oorzaak was de aanvoer van een warme, CO₂-rijke luchtmassa uit de Gobiwoestijn, wat leidde tot een hittegolf.