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Estimating Upper Silesian coal mine methane emissions from airborne in situ observations and dispersion modeling

Kostinek, Julian und Roiger, Anke und Eckl, Maximilian und Fiehn, Alina und Luther, Andreas und Wildmann, Norman und Klausner, Theresa und Fix, Andreas und Knote, Christoph und Stohl, Andreas und Butz, André (2021) Estimating Upper Silesian coal mine methane emissions from airborne in situ observations and dispersion modeling. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP), 21 (11), Seiten 8791-8807. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-21-8791-2021. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
8MB

Offizielle URL: https://acp.copernicus.org/articles/21/8791/2021/

Kurzfassung

Abundant mining and industrial activities located in the Upper Silesian Coal Basin (USCB) lead to large emissions of the potent greenhouse gas (GHG) methane (CH4). The strong localization of CH4 emitters (mostly confined to known coal mine ventilation shafts) and the large emissions of 448 and 720 kt CH4 yr−1 reported in the European Pollutant Release and Transfer Register (E-PRTR 2017) and the Emissions Database for Global Atmospheric Research (EDGAR v4.3.2), respectively, make the USCB a prime research target for validating and improving CH4 flux estimation techniques. High-precision observations of this GHG were made downwind of local (e.g., single facilities) to regional-scale (e.g., agglomerations) sources in the context of the CoMet 1.0 campaign in early summer 2018. A quantum cascade–interband cascade laser (QCL–ICL)-based spectrometer adapted for airborne research was deployed aboard the German Aerospace Center (DLR) Cessna 208B to sample the planetary boundary layer (PBL) in situ. Regional CH4 emission estimates for the USCB are derived using a model approach including assimilated wind soundings from three ground-based Doppler lidars. Although retrieving estimates for individual emitters is difficult using only single flights due to sparse data availability, the combination of two flights allows for exploiting different meteorological conditions (analogous to a sparse tomography algorithm) to establish confidence on facility-level estimates. Emission rates from individual sources not only are needed for unambiguous comparisons between bottom-up and top-down inventories but also become indispensable if (independently verifiable) sanctions are to be imposed on individual companies emitting GHGs. An uncertainty analysis is presented for both the regional-scale and facility-level emission estimates. We find instantaneous coal mine emission estimates of 451/423 ± 77/79 kt CH4 yr−1 for the morning/afternoon flight of 6 June 2018. The derived fuel-exploitation emission rates coincide (±6 %) with annual-average inventorial data from E-PRTR 2017 although they are distinctly lower (−28 %/−32 %) than values reported in EDGAR v4.3.2. Discrepancies in available emission inventories could potentially be narrowed down with sufficient observations using the method described herein to bridge the gap between instantaneous emission estimates and yearly averaged inventories.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/145574/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Estimating Upper Silesian coal mine methane emissions from airborne in situ observations and dispersion modeling
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kostinek, JulianDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roiger, AnkeDLR,IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eckl, MaximilianDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-5876-7392NICHT SPEZIFIZIERT
Fiehn, AlinaDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-3376-4405NICHT SPEZIFIZIERT
Luther, AndreasDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wildmann, NormanDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-9475-4206NICHT SPEZIFIZIERT
Klausner, TheresaDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-1792-6649NICHT SPEZIFIZIERT
Fix, AndreasDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-2818-9290NICHT SPEZIFIZIERT
Knote, ChristophMeteorological Institute, Ludwig-Maximilians-Universität, Munich, Germanyhttps://orcid.org/0000-0001-9105-9179NICHT SPEZIFIZIERT
Stohl, AndreasDepartment of Meteorology and Geophysics, University of Vienna, Vienna, AustriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Butz, AndréUniv. Heidelberghttps://orcid.org/0000-0003-0593-1608NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Juni 2021
Erschienen in:Atmospheric Chemistry and Physics (ACP)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:21
DOI:10.5194/acp-21-8791-2021
Seitenbereich:Seiten 8791-8807
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:USCB, in situ, methane, emissions, airborne, dispersion modeling
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Atmosphärische Spurenstoffe
Institut für Physik der Atmosphäre > Verkehrsmeteorologie
Institut für Physik der Atmosphäre > Lidar
Hinterlegt von: Kostinek, Julian
Hinterlegt am:15 Nov 2021 08:22
Letzte Änderung:19 Nov 2021 10:42

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