2014年4月至2020年5月,在海德堡用CRDS分析仪连续测量了大气甲烷摩尔分数和δ13CH4。其中甲烷的日平均摩尔分数变化范围在1890~2310 ppb之间,冬季高于夏季。相应的同位素组成δ13CH4的变化范围为-49.3‰~-47.3‰。甲烷摩尔分数和δ13CH4均表现出较强的年度周期性变化,平均甲烷摩尔分数最高值发生在深秋(11月)。在冬季和春季,摩尔分数略有下降,直到夏末(6月至7月)达到最低值。甲烷摩尔分数的振幅(峰-峰之差)为78 ppb,大气δ13CH4的年度平均振幅为0.4‰。在初秋(9月至10月),δ13CH4比春季(4月至5月)更低。
除了年度周期变化以外,甲烷摩尔分数和δ13CH4也呈现明显的日变化。下午时(15:00-16:00UTC),由于混合高度较低,甲烷摩尔分数开始在夜间增加。日出后,由于辐射引起的混合,摩尔分数则显著降低。平均日变化有较强的季节差异,夏季(52 ppb)变化较大,冬季(21 ppb)较小。由于日变化受到太阳的强烈驱动,与冬季相比,夏季日出早,日落晚,早晨甲烷下降早,下午甲烷上升晚。δ13CH4的日变化幅度在夏季(0.18‰)和秋季(0.16‰)略大于冬季(0.09‰)和春季(0.12‰)。最低的δ13CH4出现在7:00-10:00UTC,在18:00-21:00UTC增加到最高值,然后在夜间下降。在夏季,早晨(δ13CH4)的消耗似乎比其他季节更强。
影响大气甲烷摩尔分数的甲烷源根据其来源和生产过程具有不同的同位素碳源特征。这些同位素源特征可以从-13‰到-70‰。因此,测量到的大气δ13CH4强烈依赖于来自区域和本地排放的甲烷源。
海德堡地区甲烷在整个6年观测时间段内的平均同位素碳源特征为(-52.3±0.3)‰,由于确定的平均同位素源特征值很低,接近生物源(-55‰至-70‰之间)主导特征值,可以认为海德堡流域地区受到例如废弃物管理和农业在内的生物甲烷源的强烈影响。除此以外,海德堡甲烷的平均同位素碳特征还表明,除了生物排放以外,还有一部分较少的13C贫瘠来源,例如天然气,供暖,甚至是来自海德堡城市地区的交通源。然而,这两者似乎都不是唯一的主要排放源,这与巴登-符腾堡国家环境研究所(LUBW)的清单结果一致,其中报告了三分之一的排放来自于天然气泄漏、废弃物管理部门或农业。
海德堡下游地区甲烷平均同位素碳源特征的年际变化和月变化