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Estimating Local CH4 Emissions in the Upper Silesian Coal Basin Using Inverse Modelling

Wolff, Sebastian und Kiemle, Christoph und Ehret, Gerhard und Quatrevalet, Mathieu und Wirth, Martin und Fix, Andreas und Reum, Friedemann (2022) Estimating Local CH4 Emissions in the Upper Silesian Coal Basin Using Inverse Modelling. AGU Fall Meeting 2022, 2022-12-12 - 2022-12-16, Chicago, USA.

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Offizielle URL: https://agu.confex.com/agu/fm22/meetingapp.cgi/Paper/1146192

Kurzfassung

Methane (CH4) is the second most important anthropogenic greenhouse gas (GHG) with respect to radiative forcing. Since pre-industrial times, the globally averaged CH4 concentration in the atmosphere has risen by a factor of 2.5. A large fraction of global anthropogenic CH4 emissions originates from point sources, e.g. coal mine ventilation shafts. International treaties foresee GHG emission reductions, entailing independent monitoring and verification support capacities. Considering the spatially widespread distribution of point sources, remote sensing approaches are favorable, in order to enable rapid survey of larger areas. In this respect, active remote sensing by airborne lidar is promising, such as provided by the integrated-path differential-absorption lidar CHARM-F operated by DLR. Installed onboard the German research aircraft HALO, CHARM-F serves as a demonstrator for the future satellite mission MERLIN. CHARM-F measures weighted vertical column mixing ratios of CO2 and CH4 below the aircraft. In spring 2018, measurements were taken in the Upper Silesian Coal Basin (USCB) in Poland. The USCB is considered to be a European hotspot of CH4 emissions, covering an area of approximately 50 km × 50 km. Due to the high number of coal mines and density of ventilation shafts in the USCB, individual CH4 exhaust plumes can overlap. This makes simple mass balance approaches to determine the emission rates of single shafts in a direct manner using for instance the cross-sectional flux method, difficult. Therefore, we apply inverse modelling to obtain an estimate of the individual emission rates. Specifically, we employ the Weather Research and Forecast Model (WRF) coupled to the CarbonTracker Data Assimilation Shell (CTDAS), an Ensemble Kalman Filter. CTDAS-WRF propagates an ensemble realization of the a priori CH4 emissions forward in space and time, samples the simulated CH4 concentrations along the measurement’s flight path, and scales the a priori emission rates to optimally fit the measured values, while remaining tied to the prior. Hereby, we obtain a regularized a posteriori best emission estimate for the individual ventilation shafts. Here, we report on the results of this inverse modelling approach, including individual and aggregated emission estimates and their uncertainties.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/190031/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Estimating Local CH4 Emissions in the Upper Silesian Coal Basin Using Inverse Modelling
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wolff, SebastianDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-6745-1947NICHT SPEZIFIZIERT
Kiemle, ChristophDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-1231-2813NICHT SPEZIFIZIERT
Ehret, GerhardDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Quatrevalet, MathieuDLR, IPANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wirth, MartinDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0001-5951-2252NICHT SPEZIFIZIERT
Fix, AndreasDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-2818-9290NICHT SPEZIFIZIERT
Reum, FriedemannDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-2488-6582NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 Dezember 2022
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:CH4, emission estimation, CoMet measurement campaign, coal mines, Upper Silesian Coal Basin, inverse modelling, WRF, CTDAS, lidar
Veranstaltungstitel:AGU Fall Meeting 2022
Veranstaltungsort:Chicago, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:12 Dezember 2022
Veranstaltungsende:16 Dezember 2022
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 MABAK, R - Projekt CO2-Emissionsüberwachung, CO2Mon
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Lidar
Institut für Physik der Atmosphäre > Atmosphärische Spurenstoffe
Hinterlegt von: Wolff, Sebastian
Hinterlegt am:15 Dez 2022 08:41
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:51

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