Модельный подход для восстановления приземных вертикальных потоков парниковых газов над неоднородной подстилающей поверхностью

Резюме

Актуальность работы. Основные используемые на данный момент методы измерения потоков парниковых газов в полевых условиях, такие как метод экспозиционных камер и метод турбулентных пульсаций, имеют ряд методических ограничений. Это затрудняет их широкое использование на местности с неоднородной подстилающей поверхностью, особенно в горных регионах. Поэтому весьма актуальной является задача разработки новой рабочей методики для оценки потоков парниковых газов, применимой над поверхностями со сложным рельефом и неоднородной растительностью, основанной на методах дистанционного зондирования и математическом моделировании. Цель работы заключается в формулировке методики оценки потоков парниковых газов на основе данных измерений концентрации парниковых газов на двух уровнях над поверхностью и применения трехмерной гидродинамической модели турбулентного переноса парниковых газов. Также цель работы включает исследование репрезентативности предложенной методики. Методы исследования. С помощью разработанной ранее гидродинамической модели, модифицированной для учета влияния рельефа, оценивается коэффициент турбулентного обмена для парниковых газов и поле скорости ветра. При наличии измеренных полей концентрации парникового газа на двух уровнях над поверхностью (например, с помощью БПЛА) и модельных данных для коэффициента турбулентности и скорости ветра поток парникового газа оценивается по предложенной в работе приближенной формуле, включающей в себя аппроксимацию вертикального турбулентного и адвективного потоков. Приближенная формула может также использоваться как начальное приближение при решении обратной задачи оценки потока парникового газа, также сформулированной в работе. Результаты работы. На основе ряда численных экспериментов, проведенных для лесного участка карбонового полигона в Рошни-Чу (Чеченская республика) и предложенной в работе аналитической оценки получено распределение потоков CO2 над кронами деревьев, проведено их сравнение с теоретически ожидаемым распределением, а также найдены оптимальные уровни над поверхностью для проведения измерений концентрации парниковых газов.