MissTerre Utilisation des mesures atmosphériques de CO2 et du COS pour mieux contraindre le cycle saisonnier des flux nets et bruts de carbone simulés par les modèles CMIP5. Point sur les modèles de l'IPSL et du CNRM. P. Cadule, P. Peylin, L. Bopp, J-L. Dufresne

Contexte L’amplitude du feedback climat carbone est une source majeure d’incertitude dans les projections du changement climatique futur La représentation des processus est la principale cause (pour la GPP et Rh) Besoin crucial d’évaluer et contraindre les modèles de cycle de carbone

Flux/Bilans de carbone modèles CMIP5 (1981-2004) Les estimations des 3 inversions du FTA (net terrestrial flux to the atmosphere) de -1.2 ±0.4 PgC/yr Les 3 modèles de l’IPSL se situent dans la moyenne des modèles CMIP5 (-0.9±1.1 PgC/yr) sur la période 1981-2004 et dans la fourchette des estimations des 3 inversions longues Le modèle du CNRM surestime le puits de carbone LAND

Flux/Bilans de carbone Disparité qui s’exprime aussi en termes d’amplitude et de phase 1981-1985 max min amp month of max month of min IPSL-CM5A-LR 28.3 -49.7 78 Nov Jul IPSL-CM5A-MR 29.1 -41.5 70.6 IPSL-CM5B-LR 20.6 -37.7 58.3 Jun CNRM-ESM1 10.1 -22.3 32.4 Dec 2000-2004 max min amp month of max month of min IPSL-CM5A-LR 29.6 -49.1 78.7 Nov Jun IPSL-CM5A-MR 27.6 -46.1 73.7 IPSL-CM5B-LR 23.1 -44.9 68 CNRM-ESM1 11.5 -28.9 40.4 Dec

Etude La concentration atmosphérique de CO2 en un point donné dépend de la dynamique du transport atmosphérique ainsi que des échanges de carbone à la surface de la Terre Objectif : connaissant les sources de carbone, évaluer les puits de carbone simulés à partir des obs de CO2 aux stations Flux de carbone de la biosphère terrestre et de l’océan des modèles CMIP5 Inversions Emissions fossiles Estimation du flux de carbone de Takahashi (2002,2009) Protocole Période d’étude : 1980-2005 31 stations de mesure sélectionnées Mêmes émissions (fossiles) Même modèle de transport (LMDZ4) forcé par des vents observés (outil de Peylin « retro-transport »)

CO2 markers

Concentration atmosphérique à BRW Modèles et enveloppe inversions La majorité des modèles CMIP5 simule une phase en accord avec les Observations et les Inversions Mauvaise représentation de l’amplitude

Concentration atmosphérique à BRW 3 modèles IPSL et CNRM Atmospheric Concentration max min amp month of max month of min IPSL-CM5A-LR 23.6 -32.6 56.2 May Aug IPSL-CM5A-MR 21.2 -31.1 52.3 IPSL-CM5B-LR 20.1 -25.7 45.8 CNRM-ESM1 6.2 -10.3 16.5 Les modèles de l’IPSL surestiment l’amplitude du SC du CO2 à BRW

Utilisation du COS IPSL CNRM La surestimation de l’amplitude est due à la photosynthèse

METRIC – ATMOSPHERIC CO2 Evaluation of the Seasonal Cycle (phase & amplitude) Evaluation nécessaire mais pas suffisante

MR-oI Comprendre et analyser les différences de concentrations atmosphériques requière de savoir d’où et quand proviennent les flux de carbone qui contribuent à la concentration atmosphérique Calcul des MR-oI (MoisRégions d’influence) pour chaque mois transporté, à un mois donné du SC à une station donnée Filtre : Utilisation de ce sous ensemble du couple (régions,mois) d’influence pour calculer le CO2 à une station La prise en compte des MR-oI appliquée permet de reproduire assez bien la valeur d’origine du CO2 simulé par cette inversion

Régions d’influence de BRW (PgC/yr) (PgC/yr) Month Month (PgC/yr) (PgC/yr) (PgC/yr) Month Month Month

Accords entre MR-oIs Inversion-Modèles DJF MAM JJA SON DJF : bon accord entre les 4 modèles et les MR-oI de l’inversion MAM : bon accord entre les 4 modèles et les MR-oI de l’inversion sauf pour la région Euras_temp JJA : pas d’accord entre l’inversion et les modèles sur la contribution des régions Name_temp et Euras_temp Bon accord pour la contribution de la région Europe Pas de consensus sur les régions Boreal_Asia et Euras_bor SON : pas d’accord entre l’inversion et les modèles sur la contribution de la région Euras_temp Bon accord pour les régions Name_bor, Europe et Euras_bor mais pas pour Euras_temp La contribution des régions tempérées dans les modèles de l’IPSL et du CNRM à la valeur de l’amplitude du SC du CO2 atm à BRW est insuffisante Courtesy of J. Martinez-Rey

Changement d’amplitude En fonction des accords de MR-oI surestimation processus sous-estimation processus désaccord MR-oI accord MR-oI changement d’amplitude (%) 1981-2004 nombre d’accords de MR-oI (1-1 ou 0-0 et 1-1) entre modèles et inversion

Changement d’amplitude SC CO2 (1980-2004) - BRW Modèles IPSL CNRM

Changement d’amplitude Par région, par sous-flux Proportions équivalentes des contributions de npp et rh Réponse différente des régions boréales

Conclusion Cette méthode permet d’évaluer et de contraindre les flux de carbone de la biosphère terrestre Etude menée sur 31 stations nous permettant d’évaluer chaque mois de chaque région du flux de carbone (et contributions des flux bruts) Utilisation d’autres observations/traceurs (COS et la fluorescence) pour évaluer la photosynthèse Amplitude des modèles de l’IPSL (correction du paramètre Vcmax pour les hautes latitudes)

BACKUP

changement d’amplitude (%) 1981-2004 Changement d’amplitude (Zoom) En fonction des accords de MR-oI changement d’amplitude (%) 1981-2004 nombre d’accords de MR-oI (1-1 ou 0-0 et 1-1) entre modèles et inversion

Régions d’influence de BRW

Evolution temporelle des contributions régionales à l’amplitude IPSL-CM5A-LR IPSL-CM5A-MR IPSL-CM5B-LR CNRM-ESM1