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Estimating local CH4 emissions in the Upper Silesian Coal Basin using inverse modelling

Wolff, Sebastian und Reum, Friedemann und Kiemle, Christoph und Ehret, Gerhard und Quatrevalet, Mathieu und Wirth, Martin und Fix, Andreas (2022) Estimating local CH4 emissions in the Upper Silesian Coal Basin using inverse modelling. D-A-CH MeteorologieTagung 2022, 2022-03-21 - 2022-03-25, Leipzig, Deutschland. doi: 10.5194/dach2022-79.

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Offizielle URL: https://meetingorganizer.copernicus.org/DACH2022/DACH2022-79.html

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 localized 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 favourable, 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 future satellite missions, e.g. MERLIN. CHARM-F simultaneously measures weighted vertical column mixing ratios of CO2 and CH4 below the aircraft. In spring 2018, during the CoMet field campaign, 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 approaches to determine the emission rates of single shafts, i.e. the cross-sectional flux method, difficult. Therefore, we use an inverse modelling approach 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, their uncertainties, and to which extent the data are able to constrain individual emitters independently.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/190032/
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
Reum, FriedemannDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0003-2488-6582NICHT 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
Datum:März 2022
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.5194/dach2022-79
Status:veröffentlicht
Stichwörter:CH4, emission estimate, CoMet measurement campaign, lidar, inverse modelling, WRF, CTDAS
Veranstaltungstitel:D-A-CH MeteorologieTagung 2022
Veranstaltungsort:Leipzig, Deutschland
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:21 März 2022
Veranstaltungsende:25 März 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:14 Nov 2022 07:49
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:51

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