Remote sensing of greenhouse gases with FTIR spectroscopy and estimate of their emissions
Authors: Μέρμηγκας Μάριος 
Published: March 2024

Ένα φορητό φασματοφωτόμετρο άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας, Bruker EM27/SUN FTIR, έχει εγκατασταθεί στην αστική πόλη της Θεσσαλονίκης, στην Ελλάδα, από τον Ιανουάριο του 2019, στα πλαίσια του Συνεργιτικού Δικτύου Παρακολούθησης Ολικών Στήλων Άνθρακα (COCCON), που πραγματοποιεί μετρήσεις κατακόρυφων στηλών του μέσου όρου των μοριακών κλασμάτων ξηρού αέρα, αερίων του θερμοκηπίου, όπως το διοξείδιο του άνθρακα (XCO2), το μεθάνιο (XCH4) και οι υδρατμοί (XH2O) ή το μονοξείδιο του άνθρακα (XCO). Όσον αφορά την ετήσια μεταβλητότητα, το πλάτος του εποχιακού κύκλου στις συγκεντρώσεις του CO2 στην Θεσσαλονίκη, ακολουθεί την πορεία ενός σταθμού COCCON στο βόρειο ημισφαίριο, με ευδιάκριτη εποχιακή μεταβλητότητα η οποία έχει ετήσια αύξηση περίπου 2-3 ppm. Το XCO2 εμφανίζει μέγιστες συγκεντρώσεις της τάξης των 424,94 ± 0,573 ppm, ενώ η ελάχιστη παρατηρείται στις 22/07/2019 με τιμή 404,82 ± 0,602 ppm. Το XCO δεν εμφανίζει πάντα έντονο ετήσιο κύκλο. Το XCO εμφανίζει υψηλότερες τιμές κατά τη διάρκεια του χειμώνα σαν συνέπεια των ανθρωπογενών εκπομπών (ατελής καύση ορυκτών καυσίμων, θέρμανση κατά την ψυχρή περίοδο και βιομηχανικές δραστηριότητες στο βόρειο και βορειοδυτικό τμήμα της πόλης) και ελάχιστες στα τέλη της άνοιξης και το καλοκαίρι, όταν οι συγκεντρώσεις υδροξυλίου (ΟΗ) παρουσιάζουν μέγιστο. Υψηλότερες συγκεντρώσεις XCO εντοπίζονται το καλοκαίρι του 2021 και του 2023, καταγράφοντας εξαιρετικά υψηλές συγκεντρώσεις (πάνω από 0,22 ppm), ως συνέπεια των παρατεταμένων πυρκαγιών. Το OH αποτελεί κοινή καταβόθρα του μονοξειδίου του άνθρακα (XCO) και του μεθανίου (XCH4). Το XCH4 εμφανίζει χαμηλότερες τιμές στην αρχή του έτους μέχρι την άνοιξη, ενώ αυξάνεται το καλοκαίρι, με το μέγιστο να εμφανίζεται το φθινόπωρο. Η σχετική μεταβολή μεταξύ των ετών παρατηρήσεων είναι περίπου στο 3,2% και παρατηρείται ετήσια αύξηση άνω των 11 ppb στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Η αύξηση των συγκεντρώσεων του μεθανίου κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού μπορεί να αποδοθεί τόσο στην άνοδο της θερμοκρασίας όσο και στα επεισόδια πυρκαγιάς και στις εκπομπές κατά την περίοδο καλλιέργειας του ρυζιού. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα προϊόντα μεθανίου και μονοξειδίου του άνθρακα που λαμβάνονται από το δορυφορικό όργανο παρακολούθησης της τροπόσφαιρας TROPOspheric (TROPOMI), αισθητήρα διαστημικού ελέγχου Sentinel-5P και συγκρίνονται με τις επίγειες μετρήσεις FTIR. Παρατηρείται μια πολύ καλή συμφωνία μεταξύ των επίγειων και δορυφορικών προϊόντων. Το δορυφορικό όργανο TROPOMI αποτυπώνει τη χρονική μεταβλητότητα του XCH4, τόσο τον εποχιακό του κύκλο όσο και την αύξηση κατά την περίοδο του καλοκαιριού. Ομοίως, για το CO, oι βραχείας κλίμακας χρονικές διακυμάνσεις του, όπως αυτές μετρούνται από το επίγειο όργανο, αναπαράγονται πολύ καλά από τις δορυφορικές παρατηρήσεις. Εξαιρετικά υψηλές ημερήσιες μέσες συγκεντρώσεις XCO υποδεικνύουν επεισόδια πυρκαγιάς. Τα δεδομένα της Υπηρεσίας Παρακολούθησης της Ατμόσφαιρας μέσω του προγράμματος Copernicus (CAMS), χρησιμοποιούνται συνεργητικά για τη σύγκριση αυτών των αποτελεσμάτων με τις μακροπρόθεσμες διακυμάνσεις των προϊόντων του φασματομέτρου FTIR. Η σύγκριση έδειξε ότι τα δεδομένα του μοντέλου CAMS ακολουθούν τις μετρήσεις FTIR με έντονο εποχιακό κύκλο για το XCH4 και το XCO2, με μεγάλη μεταβλητότητα στην περίπτωση του XCO, ενώ υποεκτιμούν τις συγκεντρώσεις του μεθανίου.