Descripción del conjunto de datos
El equipo de GHG del Comité de Observaciones de la Tierra (CEOS) Composición Atmosférica - Constelación Virtual (AC-VC) ha generado presupuestos nacionales de CO
2 descendentes. Este conjunto de datos está descrito por Byrne et al. (2022) y consiste en:
- Flujos anuales netos de CO2 tierra-atmósfera (NCE) descendentes a partir de un conjunto de inversiones de CO2 atmosférico.
- Estimaciones ascendentes de las emisiones de combustibles fósiles y de los flujos laterales de carbono debidos al comercio de cultivos, al comercio de madera y a la exportación fluvial.
- Cambios anuales (pérdida) en las reservas de carbono terrestre (ΔCloss) obtenidos mediante la combinación de estimaciones descendentes y ascendentes.
Además, se proporcionan dos indicadores para ayudar a los usuarios a interpretar los datos a nivel de país:
- La estadística Z, que caracteriza las diferencias entre las estimaciones descendentes del NCE.
- La reducción fraccional de la incertidumbre (FUR), que caracteriza el impacto de los datos de CO2 asimilados en la reducción de las incertidumbres de la NCE.
Estos datos se proporcionan para el periodo 2015-2020 tanto en una cuadrícula global como en totales a nivel de país con caracterización de errores. Las figuras 1 y 2 ilustran cómo se relacionan estos flujos de carbono y la metodología se describe con más detalle a continuación.
Figura 1. El CO2 se retira de la atmósfera a través de la fotosíntesis (GPP) y luego se emite de nuevo a la atmósfera a través de una serie de procesos. Tres procesos mueven el carbono lateralmente en la superficie de la Tierra, de manera que las emisiones de CO2 se producen en una región diferente a las eliminaciones: (1) Agricultura; los cultivos cosechados se transportan a las zonas urbanas y al ganado, que a su vez se exporta a las zonas urbanas. El CO2 se emite a la atmósfera en el ganado o en las zonas urbanas. (2) Silvicultura; el carbono talado se transporta a las zonas urbanas e industriales, y luego se emite a través de la descomposición en un vertedero o la combustión como biocombustible. (3) Ciclo del agua; el carbono se filtra de los suelos a las masas de agua, como los lagos. A continuación, el carbono se deposita, se libera a la atmósfera o se transporta al océano. Las flechas muestran los flujos de carbono y los colores indican si el flujo está asociado con las emisiones de combustibles fósiles (gris), el metabolismo de los ecosistemas (verde oscuro), la quema de biomasa (rojo), la silvicultura (verde claro), la agricultura (amarillo), o el ciclo del agua (azul). Las flechas semitransparentes muestran los flujos que se mueven entre la superficie y la atmósfera, mientras que las flechas sólidas muestran los flujos que se mueven entre regiones terrestres. Las flechas discontinuas muestran los flujos superficie-atmósfera de especies de carbono reducidas que se oxidan a CO2 en la atmósfera. Para simplificar, no se han incluido en esta figura el sumidero de carbonatación del cemento, las emisiones de los volcanes ni el sumidero de meteorización.
Metodología
Las estimaciones descendentes de NCE se obtienen a partir de un conjunto de sistemas de inversión de flujos de última generación que participan en el Proyecto de Inter comparación de Modelos (
v10 OCO-2 MIP). Los sistemas de inversión del CO
2 atmosférico ofrecen estimaciones espacial y temporalmente resueltas de los flujos superficie-atmósfera para la tierra y los océanos a partir de las cuales se calculan los flujos anuales de CO
2 tierra-atmósfera a nivel de país. Se proveen estimaciones de flujos para cuatro experimentos que se diferencian en los conjuntos de datos de CO
2 atmosférico usados para restringir los flujos. Estos experimentos estiman los flujos de CO
2 superficie-atmósfera a través de:
- IS: mediciones de CO2 in situ en el Paquete de Observación de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) (ObsPack; https://gml.noaa.gov/ccgg/obspack/).
- LNLG: las recuperaciones de la fracción molar de CO2 en aire seco, XCO2, promediadas en columna sobre la tierra por el Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) de la NASA.
- LNLGIS: datos de CO2 in situ y de XCO2 terrestre del OCO-2.
- LNLGOGIS: datos de CO2 in situ, XCO2 terrestre del OCO-2 y XCO2 oceánico del OCO-2 combinados.
Para cada experimento, los flujos de NCE y de CO
2 oceánico se optimizan para que coincidan con las observaciones de CO
2 atmosférico dentro de sus incertidumbres. El intercambio neto en la biosfera (NBE) se calcula restando las estimaciones ascendentes de las emisiones de combustibles fósiles de NCE, ya que las inversiones no pueden discriminar claramente las emisiones de los combustibles fósiles y los flujos biosfera-atmósfera, y las fuentes de CO
2 de los combustibles fósiles son generalmente mucho más conocidas. Por lo tanto, las estimaciones de la emisión de los combustibles fósiles ascendentes se restan de las estimaciones de NCE para obtener los flujos biosfera-atmósfera. La pérdida neta de carbono terrestre se calcula teniendo presentes los flujos de carbono "laterales" de la biosfera terrestre, como el transporte de carbono de la tierra al océano por los ríos (un proceso natural alterado por las actividades humanas) y la importación y exportación de productos agrícolas y madereros cosechados (una actividad humana). Los cambios en las reservas de carbono terrestre (ΔCloss) reflejan el impacto combinado de las actividades antropogénicas directas y los cambios en los ecosistemas gestionados en respuesta al incremento de las concentraciones de CO
2 en la atmósfera, el cambio climático y las alteraciones (por ejemplo, sequías, inundaciones, incendios forestales, condiciones meteorológicas adversas). La figura 2 muestra la relación entre cada uno de estos flujos de CO
2 y las cantidades deseadas.
Figura 2. Flujos de carbono para una región terrestre determinada, como un país. Las cajas con fondo sólido muestran los depósitos de carbono. Las flechas sombreadas muestran los flujos entre los depósitos. El NCE está subrayado para destacar que esta cantidad se estima a partir de las mediciones de CO2 atmosférico usando métodos descendentes. Las cantidades en cursiva se obtienen a partir de conjuntos de datos ascendentes (FF, Fcrop trade, Fwood trade, Frivers export). Las cantidades en negrita se obtienen en este estudio a partir de los conjuntos de datos descendentes y ascendentes (NBE, ΔCgain, ΔCloss).
Resumen de resultados
Este conjunto de datos provee totales globales en cuadrícula y a nivel de país de NCE, y ΔC
loss a partir de cuatro experimentos OCO-2 MIP, así como estimaciones ascendentes de emisiones de combustibles fósiles y flujos laterales entre 2015 y 2020. Aquí presentamos una muestra de los flujos suministrados en este conjunto de datos. La Figura 3 muestra el NCE y el ΔC
loss a escala de país y en cuadrícula entre 2015 y 2020 para el experimento LNLGIS. En 1x1 grados (Fig 3a-b), son visibles las emisiones localizadas de combustibles fósiles, que por lo general corresponden a zonas urbanas y regiones industrializadas. Estas emisiones están intercaladas en amplias estructuras de fuentes y sumideros y son impulsadas por la absorción o la liberación de la biosfera. La absorción de la biosfera terrestre es más evidente en las latitudes medias-altas del norte. En cambio, la absorción y liberación tropicales son más regionalizadas. Si se agrega el NCE a escala de país (Fig. 3c-d), la mayoría de los países son fuentes netas impulsadas por las emisiones de combustibles fósiles, especialmente en las zonas extratropicales del norte. La Figura 3e-f muestra la media de ΔC
loss a nivel de país para 2015-2020 en el experimento LNLGIS. La absorción de carbono por la tierra se encuentra en la mayoría de los países extratropicales, mientras que los países tropicales pueden ser fuentes o sumideros. Particularmente, la incertidumbre en ΔC
loss es mayor en los trópicos, sobre todo en los países de tamaño medio. En general, los países pequeños y medianos tienen incertidumbres comparables a la magnitud de ΔC
loss, lo que refleja el hecho de que las mediciones de CO
2 atmosférico limitan mejor los flujos a gran escala.
Figura 3. Mediana y desviación estándar de NCE en una cuadrícula de 1x1 grados (a-b) y (c-d) agregada a escala de país para el experimento LNLGIS OCO-2 MIP v10 entre 2015 y 2020. (e-f) Mediana y desviación estándar de ΔCloss a escala de país entre 2015 y 2020 obtenidas del experimento LNLGIS OCO-2 v10 MIP.
La figura 4 muestra los presupuestos de carbono durante 2015-2020 para cuatro países (Estados Unidos, India, Indonesia y Australia). Todos los flujos de CO
2 a la izquierda de la línea discontinua (FF, flujos laterales, ΔC
loss) se combinan para dar el flujo NCE restringido por los experimentos OCO-2 MIP. Encontramos que FF es el que más contribuye a NCE para todos los países, pero ΔC
loss también juega un fuerte papel modulador. Por ejemplo, un ΔC
loss negativo en Estados Unidos (absorción de carbono por la biosfera terrestre) reduce el NCE a menos de lo esperado debido a las emisiones de FF. Por el contrario, Indonesia tiene una ΔC
loss positivo (pérdida de carbono de la biosfera terrestre), lo que se traduce en un aumento del NCE en relación con FF. Algunos países también muestran diferencias en ΔC
loss entre los experimentos OCO-2 MIP. Por ejemplo, los experimentos LNLG y LNLGIS sugieren un ΔC
loss negativo para la India, mientras que el IS sugiere un ΔC
loss aproximadamente neutro.
Figura 4. Presupuesto de carbono entre 2015 y 2020 para Estados Unidos, India, Indonesia y Australia. Las barras muestran la mediana +/- desviación estándar de FF, Frivers export (R), Fcrop trade + Fwood trade (CW), ΔCloss, y NCE.
Los presupuestos de carbono también pueden estudiarse en años individuales (Fig. 5). Tanto Indonesia como Australia muestran grandes variaciones de ΔC
loss que impulsan las variaciones en NCE durante este periodo. Indonesia tiene un gran ΔC
loss positivo en 2015 debido al clima cálido-seco y los incendios durante El Niño de 2015. Australia mostró un fuerte ΔC
loss negativo (excepto para IS) durante 2016, que fue el 15º año más húmedo registrado, pero un ΔC
loss positivo en 2019, que fue el año más cálido y seco registrado. Las variaciones de NCE también dependen de las variaciones de las emisiones de FF. En particular, hay una reducción de NCE para 2019 y 2020 en los Estados Unidos que está vinculada principalmente a una reducción de las emisiones de FF más que a ΔC
loss.
Figura 5. Series cronológicas del presupuesto de carbono para Estados Unidos, India, Indonesia y Australia. Las líneas continuas muestran la mediana de las estimaciones y las áreas sombreadas muestran +/- 1 desviación estándar.
Para futuras evaluaciones, estas estimaciones se perfeccionarán en la medida en que se desarrollen nuevos sistemas de observación desde el espacio. Se espera que los futuros sistemas de observación de CO
2 atmosférico mejoren drásticamente en resolución y cobertura, facilitando las inversiones que podrían restringir simultáneamente las emisiones de combustibles fósiles y de AFOLU. Es necesario realizar ampliaciones complementarias de las mediciones de CO
2 desde tierra y desde aviones en las regiones insuficientemente muestreadas, tanto para complementar la cobertura de los datos espaciales como para evaluar su precisión. Las mejoras en los sistemas de inversión de flujos también permitirán mejorar aún más los resultados, ya que la reducción de los errores sistemáticos de transporte será fundamental para perfeccionar las estimaciones de los flujos de carbono.
Citación: Byrne, B., Baker, D. F., Basu, S., Bertolacci, M., Bowman, K. W., Carroll, D., Chatterjee, A., Chevallier, F., Ciais, P., Cressie, N., Crisp, D., Crowell, S., Deng, F., Deng, Z., Deutscher, N. M., Dubey, M. K., Feng, S., García, O. E., Herkommer, B., Hu, L., Jacobson, A. R., Janardanan, R., Jeong, S., Johnson, M. S., Jones, D. B. A., Kivi, R., Liu, J., Liu, Z., Maksyutov, S., Miller, J. B., Miller, S. M., Morino, I., Notholt, J., Oda, T., O’Dell, C. W., Oh, Y.-S., Ohyama, H., Patra, P. K., Peiro, H., Petri, C., Philip, S., Pollard, D. F., Poulter, B., Remaud, M., Schuh, A., Sha, M. K., Shiomi, K., Strong, K., Sweeney, C., Té, Y., Tian, H., Velazco, V. A., Vrekoussis, M., Warneke, T., Worden, J. R., Wunch, D., Yao, Y., Yun, J., Zammit-Mangion, A., and Zeng, N.: Pilot top-down CO2 Budget constrained by the v10 OCO-2 MIP Version 1, Committee on Earth Observing Satellites, https://doi.org/10.48588/npf6-sw92, Version 1.0, 2022
