Published December 16, 1997 | Version v1
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CO2 net flux optimization: atmospheric CO2 and 13CO2 measurements assimilation in a three dimensional transport model

Description

A primary goal of developing the CO2 and δ13C atmospheric measurement network is to characterize better the sources and sinks of atmospheric CO2. In this thesis, we present a three dimensional assimilation of CO2 and δ13C measurements within an atmospheric transport model in order to infer sources and sinks of CO2 at a continental scale (continents and ocean basins) for the period 1985-1995. Solving this inverse problem requires 1) a data space representing monthly CO2 and δ13C measurements (103 sites: surface, ships, planes), 2) a flux space describing a priori fluxes between carbon reservoirs, and 3) a 3-d transport model linking the flux space to the data space. Knowledge of these three elements, together with their associated errors, allows one to reduce the uncertainties in the CO2 sources and sinks. Modeling errors are not taken into account explicitly but are evaluated by using two different transport models. In the 1985-1995 period, the global continental sink is found to be -2.5±1.5 GtC yr-1 for an optimized deforestation of +1.3±0.6 GtC yr-1, yielding a net continental sink of -1.2±1.6 GtC yr-1. The continental partition of this budget is (in units of GtC yr-1): North America -0.5±0.6, Europe -0.3±0.7, Northeast Asia -1.3±0.5, Tropics (except Asia) +0.2±1.0, Tropical Asia +0.8±0.4, Southern hemisphere -0.1±0.3. For oceans we find a net global sink of -1.5±0.5 GtC yr-1 with the following partition (in units of GtC yr-1): North Pacific -0.3±0.2, North Atlantic -0.7±0.3, Equator +0.5±0.1, 20 deg. S-50 deg. S Oceans -0.8±0.2 and Austral Ocean -0.2±0.1. Several sensitivity tests have been performed on this solution to determine the influence of the a priori flux scenario, atmospheric transport model, measurement network, inter-annual variability in measurements, and δ13C atmospheric measurements. All these tests have confirmed the global stability of the control solution within a posteriori error bars, with the exception of the atmospheric transport model that appears to be the major source of uncertainty in determining the carbon budget. Furthermore, δ13C atmospheric measurements play only a rather limited role in constraining net CO2 fluxes within the framework of this study. (author)

Abstract (French)

Le developpement du reseau de mesures atmospheriques de CO2 et de δ13C a pour objectif principal de mieux connaitre les sources et puits de CO2 atmospherique. Dans cette these, on presente une methode d'assimilation tridimensionnelle des mesures de CO2 et de δ13C en vue d'estimer les sources et puits de CO2 a l'echelle continentale (continent ou grand bassin oceanique) pour la periode 1985-1995. La resolution de ce probleme inverse impose de definir 1/ un espace des donnees represente par les mesures mensuelles de CO2 et de δ13C a 103 sites de mesures (surface, bateaux ou avions), 2/ un espace flux a priori qui decrit l'ensemble des processus d'echange entre les reservoirs (sources et puits de CO2), et 3/ un modele de transport atmospherique tridimensionnel qui relie l'espace des flux a l'espace des mesures. La connaissance de cet ensemble d'elements, et des erreurs qui leur sont associees, permet d'estimer les sources et puits de CO2 en reduisant les incertitudes donnees a priori. L'erreur sur le transport atmospherique n'est pas prise en compte explicitement mais est evaluee en utilisant deux modeles de transport differents. Les emissions de carbone fossile sont fixees a 5.9 GtC an-1. En moyenne sur la periode 1985-1995, on trouve un puits global dans la biosphere continentale de -2.5±1.5 GtC an-1 et une source due a la deforestation de +l.3±0.6 GtC an-1, soit un puits net continental de -1.2±1.6 GtC an-1. La repartition regionale du puits net continental s'effectue ainsi (en unite de GtC an-1): Amerique du Nord -0.5±0.6, Europe -0.3±0.7, Asie du nord-est-1.3±0.5, Tropiques (sauf Asie) +0.2±1.0, Asie tropicale +0.8±0.4, hemisphere sud -0.1±0.3. Pour l'ocean on trouve un puits net global de -1.5±0.5 GtC an-1 avec la repartition suivante (en GtC an-1): Pacifique nord -0.3±0.2, Atlantique nord -0.7±0.3, equateur +0.5±0.1, ocean 20 deg. S-50 deg. S -0.8±0.2 et ocean austral -0.2±0.1. Un ensemble complet de tests de sensibilite a ete realise sur cette solution afin d'etudier l'influence du scenario a priori, du modele de transport atmospherique, du reseau de mesures, de l'inter-annualite des mesures atmospheriques, et des mesures de δ13C. Ces tests ont montre que la solution est globalement stable compte tenu des barres d'erreurs trouvees a posteriori sur les flux sauf pour le test sur la modelisation du transport atmospherique qui apparait dans cette etude comme le principal facteur d'incertitude dans l'evaluation des sources et puits nets de CO2. Par ailleurs, l'apport des mesures de δ13C dans la contrainte des flux nets de CO2 reste limite dans le cadre de cette etude climatologique. (auteur)

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Original title (French)
Optimisation des flux nets de CO2: assimilation des mesures atmospheriques en CO2 et en 13CO2 dans un modele de transport tridimensionnel

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Imprint Pagination
308 p.
Report number
FRCEA-TH--10370

Optional Information

Notes
[170 refs.]; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses