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Uncertainties in the simulation of XCO2 plumes from power plant emissions: A comparison between 6 high-resolution atmospheric transport models

Brunner, Dominik und Henne, Stephan und Kuhlmann, Gerrit und Haussaire, Jean-Matthieu und Klonecki, Andrzej und Prunet, Pascal und Kern, Bastian und Wolff, Sebastian und Voigt, Christiane und Jöckel, Patrick und Kiemle, Christoph und Roiger, Anke und Fiehn, Alina und Krautwurst, Sven und Gerilowski, Konstantin und Bovensmann, Heinrich und Gerbig, Christoph und Marshall, Julia und Pattantyús-Ábrahám, Margit und Hanfland, Robert und Fix, Andreas und Galkowski, Michal (2021) Uncertainties in the simulation of XCO2 plumes from power plant emissions: A comparison between 6 high-resolution atmospheric transport models. 17th International Workshop on Greenhouse Gas Measurements from Space, 2021-06-14 - 2021-06-17, Virtual Meeting.

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Kurzfassung

Power plants are a major source of CO2 globally. Although their emissions are routinely monitored in many countries especially in the developed world, these numbers are often not publicly available and a complete global record is still far from reality. An important goal of Europe's planned Copernicus CO2 satellite mission CO2M is therefore to provide an independent quantification of power plant emissions worldwide. Emissions may be estimated from satellite XCO2 observations by simulating the plumes with an atmospheric transport model and finding those emissions that minimize a cost function of the differences between simulation and observations. Here we present a comparison of CO2 plume simulations from six high-resolution models, three Large Eddy Simulation models, two mesoscale Eulerian models, and one Lagrangian particle dispersion model. Simulations were conducted for two large coal-fired power plants, Belchatow in Poland and Jänschwalde in Germany, which were extensively observed with aircraft in situ and remote sensing measurements during the CoMet campaign in May-June 2018. The observations provide a unique opportunity to study the capability of the models to simulate such plumes in a realistic manner and to design optimal modelling and emission quantification strategies. The Belchatow plume was sampled under highly convective and turbulent conditions whereas the Jänschwalde plume was observed in a more stable weather situation. The models are able to reproduce these differences by simulating a highly structured turbulent plume for Belchatow and a more Gaussian-shaped plume for Jänschwalde. However, the models differ in many details including the horizontal and vertical spread of the plumes, suggesting that in addition to resolution the specific choices of turbulence and advection scheme have a significant impact on the results. Our findings suggest that estimating emissions from individual images is particularly challenging for turbulent plumes. Since turbulence intensity evolves with the build-up of the convective boundary layer, a satellite overpass well before noon would likely be an advantage.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/145960/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Uncertainties in the simulation of XCO2 plumes from power plant emissions: A comparison between 6 high-resolution atmospheric transport models
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Brunner, DominikEidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, Dübendorf, CHhttps://orcid.org/0000-0002-4007-6902NICHT SPEZIFIZIERT
Henne, StephanEidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, Dübendorf, CHhttps://orcid.org/0000-0002-6637-4887NICHT SPEZIFIZIERT
Kuhlmann, GerritEidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, Dübendorf, CHhttps://orcid.org/0000-0002-7021-4712NICHT SPEZIFIZIERT
Haussaire, Jean-MatthieuEidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, Dübendorf, CHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klonecki, AndrzejSPASCIA, Ramonville-Saint-Agne, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prunet, PascalSPASCIA, Ramonville-Saint-Agne, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kern, BastianDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-7646-9273NICHT SPEZIFIZIERT
Wolff, SebastianDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-6745-1947NICHT SPEZIFIZIERT
Voigt, ChristianeDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-8925-7731NICHT SPEZIFIZIERT
Jöckel, PatrickDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-8964-1394NICHT SPEZIFIZIERT
Kiemle, ChristophDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-1231-2813NICHT SPEZIFIZIERT
Roiger, AnkeDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fiehn, AlinaDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-3376-4405NICHT SPEZIFIZIERT
Krautwurst, SvenIUP, Univ. of Bremenhttps://orcid.org/0000-0003-1671-7295NICHT SPEZIFIZIERT
Gerilowski, KonstantinIUP, Univ. of BremenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bovensmann, HeinrichIUP, Univ. Bremenhttps://orcid.org/0000-0001-8882-4108NICHT SPEZIFIZIERT
Gerbig, ChristophMax-Planck-Institut für Biogeochemie, Jenahttps://orcid.org/0000-0002-1112-8603NICHT SPEZIFIZIERT
Marshall, JuliaDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-2648-128XNICHT SPEZIFIZIERT
Pattantyús-Ábrahám, MargitBundesamt für Strahlenschutz, BfShttps://orcid.org/0000-0002-4648-1714NICHT SPEZIFIZIERT
Hanfland, RobertBundesamt für Strahlenschutz, BfSNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fix, AndreasDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-2818-9290NICHT SPEZIFIZIERT
Galkowski, MichalMax-Planck-Institut für Biogeochemie, Jenahttps://orcid.org/0000-0003-1681-3965NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 Juni 2021
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Simulation, CO2 Fahnen, Kraftwerke, Modellvergleich
Veranstaltungstitel:17th International Workshop on Greenhouse Gas Measurements from Space
Veranstaltungsort:Virtual Meeting
Veranstaltungsart:Workshop
Veranstaltungsbeginn:14 Juni 2021
Veranstaltungsende:17 Juni 2021
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 - Projekt CO2-Emissionsüberwachung, CO2Mon
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre
Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystem-Modellierung
Institut für Physik der Atmosphäre > Wolkenphysik
Institut für Physik der Atmosphäre > Atmosphärische Spurenstoffe
Institut für Physik der Atmosphäre > Lidar
Hinterlegt von: Kern, Dr. Bastian
Hinterlegt am:22 Nov 2021 14:27
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:44

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