В его багажнике прибор для отбора проб воздуха размером с багаж нюхает наружный воздух через небольшую трубку, чтобы измерить парниковые газы, углекислый газ и метан. Хотя это не очень эффективный способ изучения выбросов в городах, собираемые наземные данные помогают Дюрену и его команде укрепить уверенность в измерениях парниковых газов, проводимых с самолетов и спутников, которые могут более эффективно охватить большие территории.
На следующем выезде Дюрен останавливается, чтобы полюбоваться сценой, которую большинство Анджеленосов попытается проигнорировать: большая свалка, расположенная вдоль автострады.
Инструмент в багажнике быстро обнаруживает большой шлейф метана, исходящий от свалки. Вскоре над головой появляется самолет НАСА с прототипом спутникового прибора, который записывает изображения метана с высоким разрешением, которые ученые могут использовать для идентификации газовых шлейфов. Пилот несколько раз жужжит свалку, чтобы сделать снимки невидимого газа, затем самолет улетает, и Дюрен направляется к своему следующему месту исследования.
Инструменты в Prius и самолете — это лишь два из многих элементов проекта Megacities Carbon Project, международной межведомственной пилотной инициативы по разработке и тестированию способов мониторинга выбросов парниковых газов в мегаполисах: мегаполисах с населением не менее 10 миллионов человек. Города и их электростанции являются крупнейшими источниками антропогенных выбросов парниковых газов и вносят наибольший вклад в изменение климата.
Дурен — главный исследователь компонента Лос-Анджелеса Углеродного проекта мегаполисов.
Он надеется работать с международными партнерами над развертыванием глобальной системы мониторинга углерода в городах, которая в конечном итоге позволит местным политикам полностью учитывать многочисленные источники и поглотители или места хранения углерода и то, как они меняются с течением времени. Лос-Анджелес и Париж являются пилотными городами инициативы. В настоящее время предпринимаются усилия по добавлению других городов по всему миру.
Когда сеть Лос-Анджелеса будет полностью создана в конце 2014 года, она будет состоять из 15 станций мониторинга вокруг бассейна Лос-Анджелеса. Большинство из них будут использовать имеющиеся в продаже высокоточные анализаторы парниковых газов для непрерывного отбора проб местного воздуха. Сеть Лос-Анджелеса охватывает части воздушного бассейна Южного побережья, которые производят самые интенсивные выбросы парниковых газов в Калифорнии. Ученые из мегаполисов также будут периодически путешествовать по дорогам и подниматься в небо для сбора мобильных измерений местной атмосферы, чтобы лучше определять отдельные источники выбросов и условия окружающей среды.
«Лос-Анджелес — гигантская лаборатория климатических исследований и измерительных тестов», — сказал Дюрен. "Мегаполис Лос-Анджелеса простирается через пять округов, 150 муниципалитетов, множество автострад, свалок, нефтяных скважин, газопроводов, крупнейший морской порт Америки, горы и даже молочные фермы, и все это в пределах области размером около 130 километров со стороны. Теоретически вы можете проехать все это за полтора-три часа, если сейчас час пик."
Урбанизация сконцентрировала более половины населения Земли, не менее 70 процентов выбросов углекислого газа из ископаемого топлива и значительное количество выбросов метана на крошечной части поверхности суши. В совокупности 40 крупнейших городов мира занимают третье место в мире по объему выбросов углекислого газа из ископаемого топлива — больше, чем общие выбросы Японии. Ожидается, что эта тенденция будет расти.
Существует острая необходимость справиться со стремительным ростом выбросов углерода в результате использования ископаемого топлива городами и установить базовые измерения, которых в настоящее время не существует. Отсутствие измерений затрудняет оценку тенденций выбросов.
Большинство стран и некоторые штаты составляют ежегодные кадастры своих выбросов парниковых газов на основе статистики энергетики и других данных, но та же информация, как правило, недоступна для отдельных городов.
«Во многих случаях мы очень мало знаем о выбросах углерода в отдельных городах», — сказал со-руководитель проекта по исследованию углерода в Лос-Анджелесе Чарльз Миллер из JPL. "Лучшие оценки часто расходятся с атмосферными измерениями в два или более раза, и отнести выбросы к конкретным источникам проблематично."
Ожидается, что в ближайшие 20 лет в городах по всему миру произойдут быстрые изменения. Во многих странах, особенно в развивающихся странах, наблюдается неограниченный рост, при этом выбросы растут более чем на 10 процентов в год. Организация Объединенных Наций прогнозирует, что городское население Земли удвоится к 2050 году, что резко увеличит количество и размер мегаполисов, а также их углеродный след.
Города служат проводниками тенденций в области выбросов углерода в обществе.
В то время как у многих наблюдается рост выбросов, другие берут на себя инициативу по их сокращению. Например, в таких мегаполисах, как Лос-Анджелес, уже предпринимаются серьезные меры по смягчению последствий; Париж; Нью-Йорк и Сан-Паулу, Бразилия, в рамках политики отдельных мэров, региональных советов и организаций, таких как группа Climate 40, партнерства крупнейших городов мира. «Эти быстрые изменения в выбросах углерода в мегаполисах представляют собой как мега-проблему, так и возможность», — сказал Дюрен. "Более точные данные могут оказать критически важную поддержку при принятии решений."
Проект Megacities объединяет прямые наземные измерения городских парниковых газов с помощью приборов, расположенных на станциях отбора проб воздуха на крышах радиовышек и зданий, с более широкими и плотными дистанционными наблюдениями с самолетов, горных вершин и спутников. Другие инструменты отслеживают ветер и вертикальное движение атмосферы — и то, и другое является ключом к интерпретации измерений парниковых газов.
Недавно запущенный НАСА спутник Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) способен обнаруживать повышенные уровни углекислого газа над крупнейшими городами мира и начинает изучение Лос-Анджелеса в координации с командой Megacities.
Команда собирает данные о выбросах с высоким разрешением, полученные из информации, предоставленной местными органами власти, для сравнения с данными измерений проекта мегаполисов. Цель состоит в том, чтобы помочь улучшить оценки выбросов. Результатом будут независимые, точные оценки выбросов углерода и лучшее понимание факторов, которые на них влияют.
Постоянный мониторинг в течение нескольких лет позволит оценить тенденции.
На пути к городской системе мониторинга углерода, с некоторыми сложными поворотами
В конечном счете, концепция глобальной системы мониторинга углерода, ориентированная на крупнейших источников выбросов углерода, зависит от способности распространить пилотные проекты, такие как в Лос-Анджелесе и Париже, на другие мегаполисы, небольшие города и крупные электростанции.
Это включает в себя создание сетей наземных измерений в репрезентативных районах с одновременным использованием преимуществ более широкого охвата спутниковых наблюдений. Атмосферные измерения будут связаны с другой информацией, используемой лицами, принимающими решения, такими как данные о дорожном движении. Прозрачный обмен данными спутниковых наблюдений может оказаться жизненно важным в городах в развивающихся странах, где наземные данные о выбросах недоступны.
«Идея состоит в том, чтобы измерять и отслеживать выбросы для отдельных городов и отдельных крупных промышленных секторов, а также понимать, как и почему они меняются», — сказал Дюрен. "В конечном итоге цель состоит в том, чтобы связать наблюдаемые атмосферные изменения с конкретными действиями человека."
Это непростая задача. Пока что ученым не удалось напрямую связать наблюдаемые тенденции выбросов углекислого газа в атмосфере с действиями какой-либо страны, штата или города. Это потому, что сложно провести достаточно измерений, чтобы получить данные для конкретного региона.
Еще одна проблема для ученых — это возможность различать выбросы, возникающие в результате использования ископаемого топлива, и выбросы, возникающие в результате биологических воздействий, таких как городские зеленые насаждения и прилегающие леса и пахотные земли, которые как выделяют, так и поглощают углерод. Для этого требуются более частые и точные измерения и способность обнаруживать несколько видов парниковых газов с поверхности Земли и из космоса. Другой важный метод — измерение изотопов радиоуглерода. Это то, что ученые из Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) начнут вносить свой вклад в усилия Лос-Анджелесских мегаполисов в ближайшие месяцы.
Поскольку города концентрируют выбросы на небольших территориях, они вызывают сильные изменения в атмосфере. Это делает их лучшей целью для измерения, чем страны или штаты. «Непосредственный мониторинг выбросов углекислого газа целыми странами, вероятно, будет невозможен как минимум еще десять лет, но с городами мы находимся на грани решения проблемы крупнейших источников выбросов в течение следующих нескольких лет», — сказал Миллер. "Более эффективно сосредоточить наши ограниченные ресурсы на городах."
«Измерение выбросов парниковых газов в городах — серьезная проблема, — сказал Джеймс Ветстон, специальный помощник директора по измерениям парниковых газов в Национальном институте стандартов и технологий (NIST), Гейтерсбург, штат Мэриленд. NIST обращается к необходимости разработки и демонстрации эффективности передовых методов измерения парниковых газов, которые могут быть применены в городах и мегаполисах.
Проект Лос-Анджелеса является вторым исследовательским проектом, в котором поддержка и участие NIST направлены на решение этой проблемы измерения. Первоначальные исследовательские усилия, сосредоточенные в Индиане, известны как эксперимент по исследованию потока в Индианаполисе (INFLUX).
Он направлен на разработку методов измерения, которые имеют потенциал для обнаружения источников выбросов и проверки их эффективности путем количественного определения их потока в атмосферу с точностью до 10 процентов или меньше. «Это амбициозные цели, которые ранее не были достигнуты, но они необходимы для независимой количественной оценки прогресса в достижении целевых показателей выбросов парниковых газов», — добавил Уэтстон.
Пилотные усилия в Лос-Анджелесе и совместные усилия в Париже основаны на существующей исследовательской инфраструктуре и сотрудничестве с небольшими городами. Команда проекта также работает с учеными в Сан-Паулу, чтобы организовать там совместную работу по изучению еще одной уникальной городской углеродной системы.
Создав репрезентативные профили городских парниковых газов в этих и других городах, методы измерения в мегаполисах могут быть расширены для использования во всем мире.
"Обнюхивание" города ангелов
Среди 15 станций мониторинга, расположенных вокруг бассейна Лос-Анджелеса, есть две «супер-площадки» в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене и на вершине близлежащей горы. Уилсон. В дополнение к размещению газоанализаторов, эти суперсайты также используют естественный солнечный свет для отслеживания двуокиси углерода, метана, окиси углерода и других газов в атмосферных столбах над Лос-Анджелесом. Эти суперсайты обеспечат связь между измерениями, проводимыми с наземной измерительной сети и с надземных спутников.
Такие спутники, как OCO-2 НАСА и японский спутник парниковых газов (GOSAT), периодически отбирают образцы воздуха над Лос-Анджелесом и некоторыми другими городами по всему миру. Последующая версия орбитальной углеродной обсерватории-2 НАСА, которая может в конечном итоге полететь на Международной космической станции, разрабатывается с использованием «городского режима», который будет предоставлять частые карты выбросов углекислого газа многих крупнейших в мире источников выбросов.
Гора. Суперпункт Уилсона — это Калифорнийская лаборатория дистанционного зондирования атмосферы JPL (CLARS), расположенная на высоте 5700 футов (1737 метров) над бассейном Лос-Анджелеса.
Детище главного исследователя JPL Стэна Сандера, CLARS является прототипом спутникового инструмента следующего поколения. Когда-нибудь он может стать частью международной группировки спутников для мониторинга углерода, обеспечивая частое комплексное картирование парниковых газов в целых городах и регионах. Дистанционно управляемый прибор CLARS, работающий с 2010 года, измеряет углекислый газ, метан, окись углерода и другие атмосферные загрязнители на большой части бассейна Лос-Анджелеса каждые 90 минут в светлое время суток.
«В то время как метеорологические спутники сообщают нам о ветрах, штормах и атмосферной влажности, будущие спутники также будут использовать« химические камеры »для картирования распределения парниковых газов и загрязняющих веществ на целых континентах», — сказал Сандер. "CLARS предоставляет способ проверить это, нанеся на карту химические вещества в воздухе над Лос-Анджелесом."
«Методы, которые мы тестируем сегодня, могут в конечном итоге удовлетворить критическую потребность лиц, принимающих решения, определить, работает ли политика в области городского климата так, как задумано, а если нет, то почему и как ее следует изменить», — сказал Дюрен. «С сегодняшними технологиями мы находимся на пороге новой эры науки об измерениях, способной производить данные того типа, который нужен обществу для принятия решений, чтобы избежать постоянного потепления в мире."
Megacities — это консорциум, финансируемый из федеральных, государственных и частных источников. Пилотный проект в Лос-Анджелесе финансируется НАСА; NIST; NOAA; Институт космических исследований Кека, Пасадена, Калифорния; и Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB), Сакраменто, Калифорния.
Дополнительная поддержка CLARS была предоставлена NASA, NOAA и CARB. Партнеры по реализации проекта в Лос-Анджелесе включают JPL; Калтех; Институт океанографии Скриппса, Ла-Хойя, Калифорния; Государственный университет Аризоны, Темпе; Мичиганский университет, Анн-Арбор; Колорадский университет, Боулдер; Национальная лаборатория Лоуренса Беркли, Беркли, Калифорния; CARB; Earth Networks Inc., Джермантаун, Мэриленд; и Исследовательский центр Эймса НАСА, Моффетт Филд, Калифорния.
Среди других сотрудников — Лаборатория наук о климате и окружающей среде, Гиф-сюр-Иветт, Франция; Университет Сан-Паулу, Бразилия; Sigma Space Corporation, Лэнхэм, Мэриленд; Ресурсы для будущего, Вашингтон, Д.C.; и команда INFLUX.
Подробнее об инициативе «Мегаполисы» можно узнать на сайте: http: // мегаполисы.jpl.НАСА.правительство