On a correlation between diurnal pattern of the methane mixing ratio above the mire surface and the diffusion coefficient

Cover Page

Abstract


Methane plays an important role in the atmospheric chemistry and radiative budget of the Earth. For this reason, continuous monitoring of the methane mixing ratio is carried out throughout the world. The studies involve wetland landscapes because those are the largest natural source of methane. In our opinion, the previous studies have paid an insufficient attention to dynamics of the methane mixing ratio at smaller scale in space and time. Therefore, in the article we attempt to analyze diurnal pattern of the methane mixing ratio in the surface boundary layer and to study relationship between the mixing ratio and the coefficient of turbulent diffusion. This information can be used for estimation of methane emission if we know the diffusion coefficient. It can also help in separating point sources (e. g., leeks from pipelines) from weaker, per square unit, but extensive sources (e. g., wetlands). On the base of the conservation law and the absence of chemical sources and sinks of methane in the atmosphere (the reaction of methane with hydroxyl radical is very slow), the dynamics of the methane mixing ratio in the surface boundary layer is determined by two factors: the surface methane emission and the circulation processes in the surface boundary layer. Methane emission did not follow an easily describable pattern, although the possibility of an increase of emission in night-time is pointed out in some articles. The intensity of the circulation processes in the surface boundary layer clearly differed between day and night and strongly varied depending on stability of the atmosphere. In the study, the maximum night-time rise of the methane mixing ratio was significantly more pronounced than the night-time increase of methane emission, which had been described in some studies. These maximal night-time peaks are associated with temperature inversions in the surface boundary layer. The coefficient of determination for the relationship between the coefficient of turbulent diffusion and the methane mixing ratio on the same height is quite high, 0.80. Thus, we can make a conclusion that the diurnal pattern of the methane mixing ratio in the surface boundary layer is mainly determined by the turbulence in the surface boundary layer.


Aleksandr Fedorovich Sabrekov

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Author for correspondence.
Email: misternickel@mail.ru

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

  1. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Краснов О.А., Фофонов А.В., Inoe G., Machida T., Maksutov Sh., Sasakawa M., Shimoyma K. 2009. Межгодовая изменчивость концентраций парниковых газов в Западной Сибири // Восьмое сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу. Мат-лы рос. конф. / Под ред. М.В. Кабанова. Томск: Аграф-Пресс. С. 26-28.
  2. Бажин Н.М. 2000. Метан в атмосфере // Соросовский образовательный журнал. Том 6. № 3. С. 52-57.
  3. Берлянд М.Е. 1985. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат. 290 с.
  4. Вомперский С.Э., Сирин А.А., Цыганова О.П., Валяева Н.А., Майков Д.А. 2005. Болота и заболоченные земли России: попытка анализа пространственного распределения и разнообразия // Изв. РАН. Сер. географ. №5. С. 21-33.
  5. Глаголев М.В., Смагин А.В. 2006. Количественная оценка эмиссии метана болотами: от почвенного профиля - до региона (к 15-летию исследований в Томской области) // Доклады по экологическому почвоведению. Выпуск 3. №3. С. 75-114.
  6. Глаголев М.В., Головацкая Е.А., Шнырёв Н.А. 2007. Эмиссия парниковых газов на территории Западной Сибири // Сибирский экологический журнал. №2. С. 197-210.
  7. Глаголев М.В., Шнырёв Н.А. 2007. Динамика летне-осенней эмиссии СН4 естественными болотами (на примере юга Томской области) // Вестник Московского Университета, сер. 17: Почвоведение. №1. С. 8-15.
  8. Глаголев М.В. 2010. К методу «обратной задачи» для определения поверхностной плотности потока газа из почвы // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Том 1. № 1. С. 15-30. Также доступна по URL (дата обращения: 30.07.2010): http://www.ugrasu.ru/international/unesco/journal/content/2010_1/documents/Glagolev.pdf
  9. Заварзин Г.А. 2004. Лекции по природоведческой микробиологии. М.: Наука. 367 с.
  10. Клепцова И.Е., Глаголев М.В., Филиппов И.В., Максютов Ш.Ш. <http://www.ugrasu.ru/international/unesco/journal/content/2010_1/documents/Klepzova.pdf> 2010. Эмиссия метана из рямов и гряд средней тайги Западной Сибири // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т.1. №1. С 56-64. Также доступна по URL (дата обращения: 30.07.2010): http://www.ugrasu.ru/international/unesco/journal/content/2010_1/documents/Klepzova.pdf
  11. Безуглая Э.Ю., Берлянд М.Е. (ред). 1983. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат.
  12. Наумов А.В., Косых Н.П., Миронычева-Токарева Н.П., Паршина Е.К. 2007. Углеродный баланс в болотных экосистемах Западной Сибири // Сибирский экологический журнал. №5. С. 771-779.
  13. Седунов Ю.С. (ред.). 1991. Атмосфера. Л.: Гидрометеоиздат. 510 с.
  14. Григорьев И.С., Мейлихов Е.З. (ред.). 1991. Физические величины. М.:Энергоатомиздат. 1232 с.
  15. Artuso F., Chamard P., Piacentino S., Di Sarra A., Melonia D., Monteleonec F., Sferlazzob D.M., Thierya F. 2007. Atmospheric methane in the Mediterranean: Analysis of measurements at the island of Lampedusa during 1995-2005 // Atmospheric Environment. V. 41. P. 3877-3888.
  16. Cicerone R.J., Oremland R.S. 1988. Biogeochemical aspects of atmospheric methane // Global biogeochemical cycles. V. 2. №4. P. 299-327.
  17. Denman K.L. et al. 2007. Climate change 2007: the physical science basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / Solomon et al. (Eds.). Cambridge: Cambridge University Press. Chapter 7. P. 499-588.
  18. Etiope G., Lassey K.R., Klusman R.W., Boschi E. 2008. Reappraisal of the fossil methane budget and related emission from geologic sources // Geophys. Res. Lett. V. 35. L09307. doi: 10.1029/2008GL033623.
  19. Maksyutov S., Dorofeev A., Makhov G., Sorokin M., Panikov N., Gadzhiev I., Inoue G. 1999. Atmospheric methane concentrations over wetland: measurements and modeling // Proceedings of the fourth symposium on the joint Siberian permafrost studies between Japan and Russia in 1995 / Fukuda M. (ed.). Sapporo: Kohsoku Printing Center. P. 125-132.
  20. NOAA HYSPLIT - Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model. 10.11.2010. URL: http://ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT.php. (дата обращения - 14.10.2010).
  21. Zhou L.X., Worthy D.E.J., Lang P.M., Ernst M.K., Zhang X.C., Wen Y.P., Li J.L. 2004. Ten years of atmospheric methane observations at a high elevation site in Western China // Atmospheric Environment. V. 38. P. 7041-7054.

Views

Abstract - 209

PDF (Russian) - 206

PlumX


Copyright (c) 2010 Sabrekov A.F., Sabrekov A.F.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.