Kolejna nocna kampania pomiarowa
Załoga Krakowskiego Balonu widokowego kontynuuje współpracę z grupą naukowców z Zespołu Fizyki Środowiska, Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie. W ramach zawartego porozumienia o współpracy, prowadzone są comiesięczne kampanie pomiarowe mające na celu określenie profili pionowych stężenia atmosferycznego CO2 w mieście. Jak wiadomo dwutlenek węgla jest jednym z głównych gazów cieplarnianych emitowanych przez człowieka do atmosfery w wyniku spalania paliw kopalnych. Duże aglomeracje miejskie, takie jak Kraków obok silnych źródeł przemysłowych stanowią istotne źródła emisji tego gazu. Dlatego też Kraków został wytypowany jako jedno z miast, w których ma być określona zmienność sezonowa stężenia tego gazu w 2021 roku. Wyniki badań obejmujących pomiary zmian zawartości CO2 w atmosferze miasta na różnych wysokościach posłużą następnie do walidacji numerycznych modeli atmosferycznych wysokiej rozdzielczości, które mają stanowić kluczowy element opracowywanego prototypowego systemu weryfikacji wielkości emisji CO2 w skali Europy. System taki jest opracowywany w ramach unijnego projektu CoCO2 realizowanego przez konsorcjum 25 partnerów naukowych. Projekt koordynuje Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) będące wiodącą organizacją w Europe zajmującą się prognozowaniem pogody. Centrum dysponuje jednym z największych na świecie superkomputerów i archiwami danych meteorologicznych służących jako dane wejściowe do większości modeli prognozujących pogodę w tym regionie.
W ramach comiesięcznych kampanii pomiarowych prowadzonych na pokładzie balonu widokowego prowadzone są całodobowe pomiary stężenia CO2 za pomocą bardzo precyzyjnego laserowego analizatora stężeń Picarro G2311-f. Dodatkowo monitorowane są podstawowe parametry meteorologiczne, jak temperatura wilgotność względna, czy prędkość wiatru za pomocą różnych sensorów. Dotychczas przeprowadzono już trzy takie kampanie (10-11.03.2021, 28-29.04.2021 oraz 1-2.06.2021). Uzyskane wstępne wyniki pokazały, że w ciągu dnia, kiedy nagrzewająca się od słońca powierzchnia gruntu stymuluje powstawanie pionowych ruchów konwekcyjnych atmosfery, obserwowane profile pokazują stałe stężenia na poziomie tła regionalnego (rys. 1).
Natomiast w nocy, kiedy wychłodzona radiacyjnie powierzchnia terenu sprzyja powstawaniu inwersji temperatury w warstwie granicznej atmosfery obserwuje się kumulację emitowanego dwutlenku węgla blisko gruntu (rys. 2).
Z czasem grubość warstwy zawierającej podwyższone stężenie wzrasta aż do momentu, kiedy po wschodzie słońca atmosfera zaczyna ponownie się mieszać i rozcieńczać nagromadzone gazy i zanieczyszczenia w warstwie o coraz większej grubości. Etap ten udało się uchwycić na profilu zaprezentowanym na rys. 3.
Równolegle do pomiarów na pokładzie balonu analizowany jest też skład izotopowy węgla w CO2 co pozwoli na rozdzielenie udziału tego gazu pochodzącego ze spalania paliw kopalnych od naturalnego CO2 pochodzącego z oddychania roślin i zwierząt.
Opracował: dr hab. inż. Mirosław Zimnoch, prof. AGH
Zespół Fizyki Środowiska WFiIS AGH