Eddy covariance in urban environment: a synthesis work to analyze CO2 flux drivers within cities
Author(s)
Antoniella, Gabriele
Date Issued
November 17, 2022
Type
Doctoral Thesis
Abstract
The fraction of the global citizens who reside in urban areas has increased over the past several decades, causing cities to play an important role in the overall carbon cycle as an atmospheric carbon dioxide source. Quantifying human-related emissions in an urban environment and understanding the role of vegetation is crucial to assessing global policies aimed to reduce climate warming. The Eddy Covariance (EC) approach has been implemented in many cities globally and greatly contributed to the knowledge of the gas exchange between the urban surface and the atmosphere. The core principle of the method estimates the fluxes as the covariance between vertical wind speed and the target scalar of interest, both measured at high frequency (10-20 Hz) by a sonic anemometer and a gas analyzer.
In this research project a synthesis work is made to compare urban EC flux data coming from twenty-four stations worldwide and investigate the main drivers of carbon dioxide fluxes within cities. Land use land cover analysis has been used to classify the emission source area of each site and possibly define wind sectors of homogeneous land use. In particular, vegetation and roads have been quantified and classified in each city to evaluate their impact on local carbon dioxide emissions. In addition, the impact of heating systems has been estimated by considering the dynamics of air temperatures, with a special focus on residential sectors.
Results highlight the relevant role of roads on fluxes and the importance of vegetation in mitigating the emissions. The observed high sensitivity of fluxes to the air temperatures allowed us to suppose a data-driven method for source flux attribution.
La quantità di cittadini a livello globale che risiedono nelle aree urbane è aumentata negli ultimi decenni, facendo sì che le città svolgano un ruolo importante nel ciclo generale del carbonio come fonte di anidride carbonica atmosferica. La quantificazione delle emissioni antropiche e la comprensione del ruolo della vegetazione in ambiente urbano sono fondamentali per valutare le politiche globali necessarie a ridurre il riscaldamento climatico. Il metodo Eddy Covariance (EC) è stato implementato in molte città al livello globale e ha notevolmente contribuito alla conoscenza dello scambio di gas tra la superficie urbana e l'atmosfera. Il principio fondamentale del metodo stima i flussi come la covarianza tra la velocità del vento verticale e lo scalare target di interesse, entrambi misurati ad alta frequenza (10-20 Hz) da un anemometro sonico e da un analizzatore di gas. In questo progetto di ricerca viene svolto un lavoro di sintesi per confrontare i dati di flusso EC urbano provenienti da ventiquattro stazioni in tutto il mondo per indagare i principali driver dei flussi di anidride carbonica all'interno delle città. L'analisi della copertura e uso del suolo è stata utilizzata per classificare l'area considerata come sorgente di emissione di ciascun sito e per definire i settori ad uso omogeneo del suolo. In particolare, la vegetazione e le strade sono state quantificate e classificate in ciascuna città per valutarne l'impatto sulle emissioni locali di anidride carbonica. Inoltre, l'impatto dei sistemi di riscaldamento è stato stimato considerando la dinamica delle temperature dell'aria, con particolare attenzione per i settori ad uso residenziale. I risultati evidenziano il ruolo rilevante delle strade sui flussi e l'importanza della vegetazione nella mitigazione delle emissioni. L'elevata sensibilità dei flussi alle temperature dell'aria ci ha permesso di supporre un metodo basato sui dati per l'attribuzione del flusso sorgente.
Additional information
Dottorato di ricerca in Scienze, tecnologie e biotecnologie per la sostenibilità
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