地中海西北部盆地法国马赛市地区大气CO₂的变化分析

背景介绍

人类活动产生二氧化碳的主要来源是化石燃料的燃烧，在2010-2019年的十年中，约占全球二氧化碳排放量的86%。据估计，70%以上的CO2排放来自城市化和工业化地区。但排放清单自下向上的估计所给出的区域分布和排放部门划分仍存在较大的不确定性。因此，在过去的几年里，人们对通过大气自上而下的方法来验证城市中心及其相关工业设施的二氧化碳排放越来越感兴趣。这种方法结合了大气测量和大气传输模型。城市的二氧化碳排放要么在城市上空形成一个城市二氧化碳穹顶，要么在城市的下风处形成一层羽流。当周边地区没有受到城市羽流的影响时(因此被定义为背景浓度)，二氧化碳浓度比周边地区高出百万分之几至几十万分之几。这些项目还通过使用自上而下的方法，对区域自下而上的二氧化碳排放清单进行了独立评估。

如今，全球一半以上的人口都住在城市，城市化进程预计将在未来几十年快速增长。如果不努力减少排放，将会增加城市及其工业设施对全球人为二氧化碳排放量。只有减缓排放、碳储存和绿色技术的决策才能减少人为二氧化碳排放，特别是在构成城市和工业的二氧化碳排放热点的区域气候计划框架内。但要确定有效的区域路径，首先需要降低人类活动区域排放估算的不确定性。世界上有些地区更容易受到气候风险的影响变化，如地中海盆地。此外，城市中心暴露在更高的温度下由于城市炎热，城市周边和农村或海洋环境岛屿效应，这使得城市化更容易受到气候变化风险影响的地区。SUD普罗旺斯-阿尔卑斯-蔚蓝海岸（SUD-PACA）地区法国就很容易受到气候变化的影响，城市化程度也很高。特别是，该地区包括普罗旺斯艾克斯-马赛大都市（180万居民），位于地中海西北海岸。这个大都市是法国仅次于巴黎的特大城市，占法国人口的37%SUD-PACA区域。根据ATMOSUD估计，工业活动（不包括能源部门）是主要排放行业（60%），其次是道路交通（15%）、能源生产和配电（10%）、住宅和办公活动，包括供暖（8%）、海运和空运（3%）、废物处理（1%）和其他次要发射器（3%）。然而，ATMOSUD所提供的排放估计是基于基准排放因子的产品，这些因子可能与实际条件下的因子截然不同。

在这一背景下，建立了艾利克斯-马赛碳项目，采用自上而下的方法来减少这些估计的不确定性。评估人类活动排放二氧化碳对沿海艾利克斯-马赛-普罗旺斯大都市地区大气中二氧化碳的影响。

研究方法

在艾克斯-马赛地区及其周边地区(马赛市的城市和沿海站点)，沿着农村、城市、沿海和海洋梯度发展了4个现场CO2观测站组成的区域大气网络，以收集2013年4月至2018年2月期间每个站点至少1.5年的数据。基于这些数据集，对法国东南部和地中海盆地西北部的大气CO2在时间变化上进行了分析，艾克斯-马赛-普罗旺斯大都市坐落在由山谷和山丘组成的粗糙景观上，海拔在300米到800米之间。其中观测站点使用Picarro G2401江南网站尤文图斯赞助商 来监测大气中CO,CO2浓度变化。

图一:四个大气观测站点位置

图二:观测站点周边环境

结果与讨论

在本研究中，研究者分析了地中海西北部盆地法国马赛市地区大气CO2的变化，通过对4个站点采集的CO2、CO观测分析：在这四个地点，发现二氧化碳的增长速度与北半球的参考地点莫纳罗亚具有相同的量级。然而，由于靠近人为排放，尤其是在市中心，这两个城市站点的CO2浓度都增加了好几个ppm。正如在以前的二氧化碳城市研究中发现的那样，在一定程度上由大陆站点(而不是海洋背景站点)的ABLH周期驱动的昼夜周期的振幅，由于靠近大量的人为排放(主要来自交通和供暖)，城市地点要比两个农村背景地点高得多。后者主要受自然通量的影响。而当地、区域和偏远地区的人为排放的影响很小。同样，城市CO2季节循环的振幅高于大陆背景区和海洋背景区。

研究表明，在主导风的路径上，离城市更近的额外背景地点将有助于更好地获取马赛的二氧化碳城市穹顶和羽流。这些站点必须是逆风的背景地面站，距离马赛只有几公里，且位于主导风的路径上，特别是在西北部分，那里的远程信号更加多变，有时比背景点接收到的信号高几个ppm。