Description du jeu de données
L'équipe GES du Comité des satellites d’observations de la Terre (CEOS) sur la Composition de l’Atmosphère – de la Constellation Virtuelle (AC-VC) a généré des budgets nationaux de CO
2 descendants. Cet ensemble de données est décrit par Byrne et al. (2022) et comprend:
- Les flux nets annuels de CO2 terre-atmosphère (ENC) descendants provenant d’un ensemble d’inversions atmosphériques de CO2.
- Les estimations ascendantes des émissions de combustibles fossiles et des flux latéraux de carbone dus au commerce des cultures, au commerce du bois et aux exportations fluviales.
- Les Variations (pertes) annuelles des stocks terrestres de carbone (perte de ΔC) obtenues en combinant des estimations descendantes et ascendantes.
En outre, deux mesures sont fournies pour aider les utilisateurs à interpréter les données au niveau des pays:
- Les statistiques Z, qui caractérisent les différences entre les estimations descendantes des ENC.
- La réduction de l’incertitude fractionnaire (FUR), qui caractérise l’impact des données assimilées sur le CO2 sur la réduction des incertitudes liées aux ENC.
Ces données sont fournies pour la période 2015-2020 à la fois sur une grille mondiale et sous forme de totaux au niveau des pays avec une caractérisation des erreurs. Les figures 1 et 2 illustrent comment ces flux de carbone sont liés les uns aux autres et la méthodologie est décrite plus en détail ci-dessous.
Le CO2 est retiré de l'atmosphère par la photosynthèse (GPP), puis réémis dans l'atmosphère par un certain nombre de processus. Trois processus déplacent le carbone latéralement sur la surface de la Terre, de sorte que les émissions de CO2 se produisent dans une région différente de celle où il est éliminé : (1) L'agriculture ; les cultures récoltées sont transportées vers les zones urbaines et le bétail, qui est lui-même exporté vers les zones urbaines. Le CO2 est respiré dans l'atmosphère par le bétail ou les zones urbaines. (2) la sylviculture ; le carbone exploité est transporté vers les zones urbaines et industrielles, puis rejeté dans l'atmosphère par décomposition dans une décharge ou par combustion comme biocarburant. (3) Le cycle de l'eau ; le carbone est lessivé des sols vers les plans d'eau, tels que les lacs. Le carbone est ensuite soit déposé, soit libéré dans l'atmosphère, soit transporté vers l'océan. Les flèches montrent les flux de carbone et les couleurs indiquent si le flux est associé (en gris) aux émissions de combustibles fossiles, (en vert foncé) au métabolisme de l'écosystème, (en rouge) à la combustion de la biomasse, (en vert clair) à la foresterie, (en jaune) à l'agriculture ou (en bleu) au cycle de l'eau. Les flèches semi-transparentes montrent les flux qui se déplacent entre la surface et l'atmosphère, tandis que les flèches pleines montrent les flux qui se déplacent entre les régions terrestres. Les flèches en pointillés montrent les flux surface-atmosphère des espèces de carbone réduit qui sont oxydées en CO2 dans l'atmosphère. Pour des raisons de simplicité, un puits de carbonatation du ciment, les émissions des volcans et un puits d'altération ne sont pas inclus dans cette figure.
Méthodologie
Les estimations descendantes de l'ECN sont obtenues à partir d'un ensemble de systèmes d'inversion de flux de pointe participant au projet de comparaison de modèles (
v10 OCO-2 MIP). Les systèmes d'inversion du CO
2 atmosphérique fournissent des estimations à résolution spatiale et temporelle des flux surface-atmosphère pour les terres et les océans, à partir desquelles il est possible d'estimer les flux annuels de CO
2 terre-atmosphère au niveau national. Les estimations de flux sont fournies pour quatre expériences qui diffèrent par les ensembles de données sur le CO
2 atmosphérique utilisés pour contraindre les flux. Ces expériences estiment les flux de CO
2 surface-atmosphère en utilisant:
- IS: les mesures in situ du CO2 dans le paquet d'observation (ObsPack; https://gml.noaa.gov/ccgg/obspack/) de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).
- LNLG: la fraction molaire de l'air sec du CO2, XCO2, moyennée sur la colonne, récupérée au-dessus des terres émergées du Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) de la NASA.
- LNLGIS: à la fois le CO2 in situ et les données XCO2 terrestres de l'OCO-2.
- LNLGOGIS: les données combinées de CO2 in situ, de XCO2 terrestre OCO-2 et de XCO2 océanique OCO-2.
Pour chaque expérience, les flux de CO
2 in situ et océanique ont été optimisés pour correspondre aux observations de CO
2 atmosphérique dans la limite de leurs incertitudes. L'échange net de biosphère (ENB) est calculé en soustrayant les estimations ascendantes des émissions de combustibles fossiles de l'ENB, comme les inversions ne permettent pas de distinguer clairement les émissions des combustibles fossiles et les flux biosphère-atmosphère, et les sources de CO
2 des combustibles fossiles sont généralement bien mieux connues. Ainsi, les émissions ascendantes de combustibles fossiles sont soustraites de l'estimation de l’ENC pour obtenir les flux biosphère-atmosphère. La perte nette de carbone terrestre est ensuite estimée en tenant compte des flux de carbone « latéraux » de la biosphère terrestre, tels que le transport du carbone terre-océan par les rivières (un processus naturel perturbé par les activités humaines) et l'importation et l'exportation de produits agricoles et de bois récoltés (une activité humaine). Les changements dans les stocks de carbone terrestre (ΔC
loss) reflètent l'impact combiné des activités anthropiques directes et des modifications apportées aux écosystèmes gérés en réponse à l'augmentation des concentrations atmosphériques de CO
2, au changement climatique et aux perturbations (c'est-à-dire les sécheresses, les inondations, les incendies de forêt, les phénomènes météorologiques violents). La figure 2 montre comment chacun de ces flux de CO
2 est lié aux autres et aux quantités souhaitées.
Figure 2. le flux de carbone pour une région terrestre donnée, comme un pays. Les rectangles unis montrent les réservoirs de carbone. Les flèches avec un fond hachuré montrent les flux entre les réservoirs. L’ENC est souligné pour souligner que cette quantité est estimée à partir des mesures du CO2 atmosphérique par des méthodes descendantes. Les quantités en italique sont obtenues à partir de jeux de données ascendants (FF, Fcrop trade, Fcrop trade, Fcrop trade). Les quantités en gras sont obtenues à partir des ensembles de données descendantes et ascendantes (NBE, ΔCgain, ΔCloss).
Résumé des résultats
Cet ensemble de données fournit des totaux mondiaux de l’ENC, par grille et par pays, et de ΔC
loss provenant de quatre expériences MIP de l'OCO-2, ainsi que des estimations ascendantes des émissions de combustibles fossiles et des flux latéraux sur 2015-2020. Nous présentons ici un échantillon des flux fournis dans cet ensemble de données. La figure 3 montre l'ENC et ΔC
loss 2015-2020 à l'échelle de la grille et du pays pour l'expérience LNLGIS. À 1x1 degré (Fig 3a-b), des émissions localisées de combustibles fossiles sont visibles, correspondant généralement aux zones urbaines et aux régions industrialisées. Ces émissions sont intercalées sur de larges structures de sources et de puits qui sont dirigées par l'absorption ou la libération par la biosphère. L'absorption par la biosphère terrestre est la plus évidente dans les moyennes-hautes latitudes du nord. En revanche, l'absorption et la libération tropicales sont plus régionales. En agrégeant l’ENC à l'échelle des pays (figure 3c-d), la plupart des pays sont des sources nettes alimentées par les émissions de combustibles fossiles, en particulier dans les régions extratropicales septentrionales. La figure 3e-f montre la moyenne 2015-2020 des ΔC
loss à l'échelle des pays pour l'expérience LNLGIS. L'absorption de carbone par les terres est constatée pour la plupart des pays extratropicaux, tandis que les pays tropicaux peuvent être soit des sources, soit des puits. L'incertitude de ΔC
loss est notamment plus grande dans les tropiques, en particulier pour les pays de taille moyenne. Dans l'ensemble, les pays de taille petite à moyenne présentent généralement des incertitudes comparables à l'ampleur de ΔC
loss, ce qui reflète le fait que les mesures du CO
2 atmosphérique contraignent mieux les flux à grande échelle.
Figure 3. Médiane et écart-type de l’ENC sur une grille (a-b) de 1x1 degré et (c-d) agrégés à l'échelle du pays pour l'expérience v10 OCO-2 MIP LNLGIS sur 2015-2020. (e-f) Médiane et écart type de ΔCloss à l'échelle du pays sur 2015-2020 dérivés de l'expérience LNLGIS OCO-2 v10 MIP.
La figure 4 présente les budgets carbone sur 2015-2020 pour quatre pays (les États-Unis, l'Inde, l'Indonésie et l'Australie). Tous les flux de CO
2 à gauche de la ligne pointillée (FF, flux latéraux, ΔC
loss) se combinent pour donner le flux de l’ENC contraint par les expériences OCO-2 MIP. Nous constatons que FF est le plus fort contributeur de l’ENC pour tous les pays, mais que ΔC
loss joue également un rôle modulateur important. Par exemple, un ΔC
loss négatif pour les États-Unis (absorption de carbone par la biosphère terrestre) réduit l’ENC à un niveau inférieur à celui qui serait attendu compte tenu des émissions de FF. À l'inverse, l'Indonésie présente un ΔC
loss positif (perte de carbone par la biosphère terrestre), ce qui entraîne une augmentation de l’ENC par rapport aux FF. Certains pays présentent également des différences de ΔC
loss entre les expériences MIP OCO-2. Par exemple, les expériences LNLG et LNLGIS suggèrent un ΔC
loss négatif pour l'Inde, tandis que l'IS suggère que ΔC
loss est à peu près neutre.
Figure 4. Budget carbone 2015-2020 pour les États-Unis, l'Inde, l'Indonésie et l'Australie. Les barres indiquent la médiane +/- l'écart-type des FF, Fexportation des rivières (R), Fcommerce des cultures+Fcommerce du bois (CW), ΔCloss, and NCE.
Les budgets carbone peuvent également être examinés pour des années individuelles (Fig. 5). L'Indonésie et l'Australie présentent toutes deux des variations considérables de ΔC
loss qui entraînent des variations de l’ENC sur cette période. L'Indonésie présente un important ΔC
loss positif en 2015, entraîné par le temps chaud et sec et les incendies déclenchés par El Niño en 2015. L'Australie a montré un fort ΔC
loss négatif (sauf pour IS) au cours de 2016, qui a été la 15e année la plus humide enregistrée, mais un ΔC
loss positif au cours de 2019, qui a été l'année la plus chaude et la plus sèche enregistrée. Les variations de l'ECN sont également déterminées par les variations des émissions de FF. En particulier, la réduction de l’ENC pour 2019 et 2020 aux États-Unis est principalement liée à une réduction des émissions FF plutôt qu'à ΔC
loss.
Figure 5. Séries temporelles du budget carbone pour les États-Unis, l'Inde, l'Indonésie et l'Australie. Les lignes pleines montrent les estimations médianes et les zones ombrées indiquent un écart type de +/- 1.
Ces estimations seront affinées pour les futurs bilans à mesure que de nouveaux systèmes d'observation spatiaux seront déployés. Les futurs systèmes d'observation du CO
2 atmosphérique devraient améliorer considérablement la résolution et la couverture, facilitant ainsi les inversions qui pourraient simultanément contraindre les émissions de combustibles fossiles et d'AFOLU. Des extensions complémentaires des mesures de CO
2 au sol et dans l’air sont absolument nécessaires dans les régions sous-échantillonnées, à la fois pour compléter la couverture des données spatiales et pour évaluer leur précision. Les améliorations apportées aux systèmes d'inversion des flux permettront aussi d'affiner davantage les résultats, car la réduction des erreurs systématiques de transport sera essentielle pour affiner les estimations des flux de carbone.
Citation: 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
