Określanie strumieni powierzchniowych CO2 w Krakowie przy użyciu metody kowariancji wirów.

Obrona - styczeń 2022 - PDF

Opis: Pomiary stężenia i strumieni dwutlenku węgla stanowią kluczową rolę w badaniu efektu cieplarnianego oraz globalnego ocieplenia – w szczególności na terenach miejskich, odpowiedzialnych za ponad 70% antropogenicznej emisji tego gazu. Jedną z dokładnych i bezpośrednich technik pomiaru strumieni masy oraz energii jest metoda kowariancji wirów, wykorzystująca pomiary pionowych ruchów powietrza oraz odpowiednich wielkości określających dany strumień (takich jak stężenie w przypadku dwutlenku węgla). Celem pracy była wstępna analiza danych pochodzących z długotrwałych pomiarów strumieni dwutlenku węgla oraz ciepła jawnego i utajonego prowadzonych na dachu budynku Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie metodą kowariancji wirów wraz z porównaniem wyników dla dwóch miesięcy - zimowego (luty) oraz letniego (lipiec). Ponadto, analizie poddany został obszar źródłowy mierzonych strumieni oraz wpływ stosowanych w metodzie kowariancji wirów poprawek na ostateczne wyniki. Wykazano wyższe stężenia dwutlenku węgla w miesiącu zimowym niż w letnim (możliwy wpływ emisji niskiej) jak również stały poziom średnich stężeń w ciągu doby w lutym oraz jego niskie wartości w ciągu dnia i wysokie w nocy w lipcu, wskazujące na istotny wpływ sezonu wegetacyjnego (niezbilansowana fotosyntezą emisja w procesach respiracji). Strumienie dwutlenku węgla istotnie zależały od obszaru źródłowego i osiągały wartości większe w lipcu niż w lutym. Zależności dobowe nie wykazały istotnego wpływu transportu kołowego na wielkość strumieni a dokładniejsza analiza na podstawie danych natężenia ruchu drogowego (Projekt TomTom) wykazała słabe korelacje pomiędzy nimi. Pomiary strumieni ciepła jawnego wykazały występowanie antropogenicznego strumienia ciepła (większe, dodatnie wartości strumienia w nocy w lutym w porównaniu do lipca); analiza strumieni ciepła utajonego potwierdziła przewagę procesów ewapotranspiracji nad skraplaniem (oraz spadek ich intensywności poza sezonem wegetacyjnym) oraz obecność antropogenicznego strumienia wilgoci i miejskiej wyspy ciepła (dodatnie strumienie ciepła w nocy w miesiącu zimowym). Obszar źródłowy strumieni silnie zależał od wysokości stacji pomiarowej (ograniczenie badanego terenu z kliku kilometrów w kierunku nawietrznym przy pomiarach na wysokości 40 m do kilkuset metrów dla wysokości 18 m) oraz stabilności atmosfery (większy obszar źródłowy dla warunków stabilnych). Wielkość obszaru źródłowego znacząco wpłynęła na pomiary strumieni dwutlenku węgla, znacznie ograniczając wpływ emisji z transportu kołowego w lutym (obszar przez większość czasu trwania pomiarów nie obejmował istotnych szlaków komunikacyjnych). Wśród zastosowanych poprawek największe znaczenie miała korekta przechyłu wiatromierza (konieczność usunięcia pionowej składowej prędkości wiatru); dużo mniejszy wpływ na ostateczne wyniki miało usuwanie wartości odstających oraz kompensacja opóźnienia czasowego wynikającego z separacji wiatromierza i analizatora mierzącego stężenie gazu.