MissTerre Utilisation des mesures atmosphériques de CO2 et du COS pour mieux contraindre le cycle saisonnier des flux nets et bruts de carbone simulés.

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1 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

2 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

3 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 et dans la fourchette des estimations des 3 inversions longues Le modèle du CNRM surestime le puits de carbone LAND

4 Flux/Bilans de carbone
Disparité qui s’exprime aussi en termes d’amplitude et de phase 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 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

5 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 : 31 stations de mesure sélectionnées Mêmes émissions (fossiles) Même modèle de transport (LMDZ4) forcé par des vents observés (outil de Peylin « retro-transport »)

6 CO2 markers

7 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

8 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

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

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

11 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

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

13 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

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

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

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

17 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)

18 BACKUP

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

20 Régions d’influence de BRW

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