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Observational constraints on methane emissions from Polish coal mines using a ground-based remote sensing network

Luther, Andreas und Kostinek, Julian und Kleinschek, Ralph und Defratyka, Sara und Stanisavljevic, Mila und Forstmaier, Andreas und Dandocsi, Alexandru und Scheidweiler, Leon und Dubravica, Darko und Wildmann, Norman und Hase, Frank und Frey, Matthias und Chen, Jia und Dietrich, Florian und Necki, Jaroslaw und Swolkien, Justyna und Knote, Christoph und Vardag, Sanam N. und Roiger, Anke und Butz, André (2022) Observational constraints on methane emissions from Polish coal mines using a ground-based remote sensing network. Atmospheric Chemistry and Physics (ACP), 22, Seiten 5859-5876. Copernicus Publications. doi: 10.5194/acp-22-5859-2022. ISSN 1680-7316.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
11MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.5194/acp-22-5859-2022

Kurzfassung

Given its abundant coal mining activities, the Upper Silesian Coal Basin (USCB) in southern Poland is one of the largest sources of anthropogenic methane (CH4) emissions in Europe. Here, we report on CH4 emission estimates for coal mine ventilation facilities in the USCB. Our estimates are driven by pairwise upwind–downwind observations of the column-average dry-air mole fractions of CH4 (XCH4) by a network of four portable, ground-based, sun-viewing Fourier transform spectrometers of the type EM27/SUN operated during the CoMet campaign in May–June 2018. The EM27/SUN instruments were deployed in the four cardinal directions around the USCB approximately 50 km from the center of the basin. We report on six case studies for which we inferred emissions by evaluating the mismatch between the observed downwind enhancements and simulations based on trajectory calculations releasing particles out of the ventilation shafts using the Lagrangian particle dispersion model FLEXPART. The latter was driven by wind fields calculated by WRF (Weather Research and Forecasting model) under assimilation of vertical wind profile measurements of three co-deployed wind lidars. For emission estimation, we use a Phillips–Tikhonov regularization scheme with the L-curve criterion. Diagnosed by the emissions averaging kernels, we find that, depending on the catchment area of the downwind measurements, our ad hoc network can resolve individual facilities or groups of ventilation facilities but that inspecting the emissions averaging kernels is essential to detect correlated estimates. Generally, our instantaneous emission estimates range between 80 and 133 kt CH4 a−1 for the southeastern part of the USCB and between 414 and 790 kt CH4 a−1 for various larger parts of the basin, suggesting higher emissions than expected from the annual emissions reported by the E-PRTR (European Pollutant Release and Transfer Register). Uncertainties range between 23 % and 36 %, dominated by the error contribution from uncertain wind fields.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/186337/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Observational constraints on methane emissions from Polish coal mines using a ground-based remote sensing network
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Luther, AndreasUniv. Heidelberghttps://orcid.org/0000-0001-6382-0899NICHT SPEZIFIZIERT
Kostinek, JulianDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kleinschek, RalphUniv. HeidelbergNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Defratyka, SaraLSCE-IPSL, Gif-sur-Yvette, Frankreichhttps://orcid.org/0000-0002-9488-4518NICHT SPEZIFIZIERT
Stanisavljevic, MilaAGH Univ., Krakow, Polenhttps://orcid.org/0000-0002-6257-6617NICHT SPEZIFIZIERT
Forstmaier, AndreasTechn. Univ. MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dandocsi, AlexandruINOE2000, Magurele, RumänienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Scheidweiler, LeonUniv. HeidelbergNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dubravica, DarkoKIT-IMK, KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wildmann, NormanDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-9475-4206NICHT SPEZIFIZIERT
Hase, FrankKarlsruhe Institute of Technology (KIT), Institute for Meteorology and Climate Research (IMK-ASF), Karlsruhe, DENICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Frey, MatthiasKIT-IMK, Karlsruhehttps://orcid.org/0000-0003-0664-6817NICHT SPEZIFIZIERT
Chen, JiaTechn. Univ. Münchenhttps://orcid.org/0000-0002-6350-6610NICHT SPEZIFIZIERT
Dietrich, FlorianTechn. Univ. Münchenhttps://orcid.org/0000-0002-3069-9946NICHT SPEZIFIZIERT
Necki, JaroslawAGH Univ., Krakow, PolenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Swolkien, JustynaAGH Univ., Krakow, PolenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Knote, ChristophMIM, Univ. Münchenhttps://orcid.org/0000-0001-9105-9179NICHT SPEZIFIZIERT
Vardag, Sanam N.Univ. HeidelbergNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roiger, AnkeDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Butz, AndréUniv. Heidelberghttps://orcid.org/0000-0003-0593-1608NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 Mai 2022
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:22
DOI:10.5194/acp-22-5859-2022
Seitenbereich:Seiten 5859-5876
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1680-7316
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Methan, Spektroskopie, Kohleminen, CoMet, Treibhausgas, Messung, Emission
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - keine Zuordnung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Atmosphärische Spurenstoffe
Institut für Physik der Atmosphäre > Verkehrsmeteorologie
Hinterlegt von: Wildmann, Norman
Hinterlegt am:05 Mai 2022 14:14
Letzte Änderung:11 Mai 2022 13:37

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