Interpretatie van tijdreeksen van de voornaamste gassen in de koolstofcyclus

Chemische samenstelling en klimaat
Het BIRA maakt deel uit van internationale initiatieven voor lange-termijn observaties van de samenstelling van de atmosfeer. Dit doen we onder meer door het bijdragen van metingen van CO2, CH4 en CO, gassen die een belangrijke rol spelen in de koolstofkringloop, op Réunion. De verzamelde data toont aan hoe de concentratie van deze gassen varieert op dagelijks, seizoens- en jaarlijks niveau. Het modelleren van het transport, de emissies en opname van CO2, CH4 en CO kan helpen om de oorsprong van deze variaties beter te begrijpen. Daartoe implementeerde het BIRA het atmosferisch model WRF-GHG, dat beschikt over een zeer hoge modelresolutie (tot 1 km²).

Observaties

Sinds enkele jaren meet het BIRA de kolomconcentraties (aan de hand van FTIR-teledetectie vanaf de grond) en lokale concentraties (in situ) van koolstofdioxide (CO2), methaan (CH4) en koolstofmonoxide (CO).

Deze metingen dragen vaak bij aan internationale netwerken zoals:

Wetenschappers van het BIRA zijn verantwoordelijk voor dergelijke metingen op bijvoorbeeld La Réunion, een Frans eiland in de Indische Oceaan. Ondanks zijn afgelegen locatie worden de metingen op het eiland sterk beïnvloed door de advectie van biomassaverbranding van Afrika en zelfs Zuid-Amerika. Aan de hand van de verzamelde observaties, willen we de waargenomen variabiliteit op verschillende tijdschalen beter begrijpen.

WRF-GHG model

Recent werd een nieuw numeriek model, WRF-GHG, geïnstalleerd bij BIRA om deze metingen te exploiteren. Dit model is een specifieke optie van het veel gebruikte Weather Research and Forecasting model gekoppeld met een chemische component (WRF-Chem).

In de optie WRF-GHG (GreenHouse Gases, broeikasgassen) wordt enkel het regionale transport van CO2, CH4 en CO en de uitwisseling ervan met het aardoppervlak nagebootst, met abstractie van de chemische reacties met andere gassen in de atmosfeer. Omdat deze gassen een relatief lange levensduur hebben, is dat een geldige aanname.

In de context van een doctoraatsstudie aan de Universiteit van Luik, wordt de werking van dit complex model bestudeerd door een jonge wetenschapster van het BIRA, onder andere door het toe te passen op La Réunion. Het model zal binnenkort gebruikt worden om tijdsreeksen van CO2, CH4 en CO-concentraties rond Réunion te simuleren, die dan vergeleken zullen worden met de beschikbare metingen over een periode van minstens één jaar. Rekening houdend met het ruwe reliëf van het eiland is het een hele uitdaging om de lokale luchtstromen nauwkeurig na te bootsen.

Daarnaast heeft het model ook invoer nodig van emissie data op een voldoende hoge resolutie (zowel in tijd als ruimte), dewelke niet altijd beschikbaar zijn. Door het vergelijken van de gemodelleerde waarden met de waarnemingen hopen we meer inzicht te krijgen in de emissie bronnen, zowel dichtbij als veraf, die een impact hebben op de waargenomen veranderingen.

In de toekomst zullen we het WRF-GHG model benutten om gelijkaardige metingen van de site in Xianghe, dichtbij Peking in China, te analyseren.

Tijdsreeks van CO2-concentraties
Voorbeeld van een tijdsreeks van CO2-concentraties dichtbij het aardoppervlak in de hoofdstad van La Réunion: Saint Denis. De concentraties afkomstig van het lokale meetinstrument worden weergegeven met zwarte punten, terwijl de door WRF-GHG gesimuleerde concentraties worden weergegeven door de zwarte lijn. Het model komt tot deze totale concentraties door de fluxbijdrages van antropogene bronnen (rode lijn), biogene bronnen (groene lijn) of de oceaan (blauwe lijn) bij elkaar op te tellen. De paarse lijn is de zogeheten achtergrondconcentratie die alle invloeden van buiten het gekozen regionale domein vertegenwoordigd.