Om de klimaatverandering te kunnen beperken, is het van cruciaal belang om de trends en variabiliteit van broeikasgassen te monitoren en inzicht te krijgen in hun bronnen van uitstoot en opname.
Het BIRA heeft een langdurige expertise in het uitvoeren van waarnemingen van deze gassen in de atmosfeer. Onze waarnemingen via teledetectie op de grond leveren de totale hoeveelheid gas in de kolom van het aardoppervlak tot de top van de atmosfeer. De in situ-waarnemingen daarentegen meten de lokale atmosferische concentraties dicht bij het instrument.
Deze gegevens maken deel uit van internationale observatienetwerken zoals:
- NDACC - Network for the Detection of Atmospheric Composition Change
- TCCON - Total Carbon Column Observing Network
- ICOS European Research Infrastructure - Integrated Carbon Observation System
Eén van de stations waar het BIRA dergelijke metingen uitvoert, bevindt zich op het eiland Réunion, in het zuidoosten van de Indische Oceaan. Om meer inzicht te krijgen in de waargenomen tijdreeksen, hebben wij deze gesimuleerd met een atmosferisch transportmodel: WRF-GHG.
Atmosferisch model
WRF-GHG is een specifieke optie van het veelgebruikte “Weather Research and Forecasting”-model gekoppeld aan chemie (WRF-Chem). WRF-GHG simuleert de voortbeweging van CO2, CH4 en CO in de atmosfeer, samen met hun bronnen van uitstoot en opname aan het aardoppervlak.
In deze optie van WRF-Chem worden de concentraties gesimuleerd zonder chemische reacties met andere gassen, wat een geldige aanname is aangezien CO2, CH4 en CO een lange levensduur hebben in de atmosfeer.
De output van het model bestaat uit 3D-concentratievelden per uur. Wij hebben bijna 2 jaar aan waarnemingen van deze gassen op het eiland Réunion gesimuleerd, en vonden een goede overeenkomst tussen de gesimuleerde en de waargenomen tijdreeksen.
Resultaten
Lokale uitstoot en dynamische processen
De simulaties bevestigen dat in situ- en kolomwaarnemingen complementaire informatie geven over de processen die ze beïnvloeden. De variabiliteit van de oppervlaktemetingen wordt voornamelijk veroorzaakt door lokale fluxen en atmosferische dynamiek. Lokale fluxen zijn deze die dicht bij het instrument worden geproduceerd.
In de hoofdstad is dit voornamelijk door menselijke bronnen (verbranding van fossiele brandstoffen), terwijl dit op de top van de Maïdo-berg eerder door natuurlijke bronnen (fotosynthese en ademhaling van de vegetatie) is.
Grootschalige mechanismen verspreid over een ruim gebied
Daarnaast hebben atmosferische dynamieken zoals windsnelheid en -richting een grote invloed op de plaatselijke concentraties. Bij een krachtige wind zullen de gassen zich snel mengen in de atmosfeer, terwijl bij zwakke winden de concentraties kunnen opeenhopen dicht bij hun bronnen.
De kolomwaarnemingen zijn gevoeliger voor de grotere schaal: zij worden beïnvloed door bronnen die zich veel verder van het instrument bevinden en die vervolgens door windpatronen van grote weersystemen worden verspreid over een ruim gebied. Zo kan het effect van het verbranden van biomassa op de Afrikaanse, of zelfs Zuid-Amerikaanse continenten, tot op het eiland Réunion worden waargenomen.
Beide soorten waarnemingen zijn nodig om een beter inzicht te krijgen in de koolstofcyclus. Bovendien is het WRF-GHG-model een zeer nuttig instrument gebleken om dit doel te bereiken.
Momenteel loopt een soortgelijke studie op de locatie Xianghe, nabij Peking in China. In de toekomst zal dit model ook worden gebruikt om de uitstoot van CO2, CH4 en CO in België te verifiëren.
Referentie
Callewaert, S., Brioude, J., Langerock, B., Duflot, V., Fonteyn, D., Müller, J.-F., Metzger, J.-M., Hermans, C., Kumps, N., Ramonet, M., Lopez, M., Mahieu, E., & De Mazière, M. (2022). Analysis of CO2, CH4, and CO surface and column concentrations observed at Réunion Island by assessing WRF-Chem simulations. Atmospheric Chemistry and Physics, 22(11), 7763–7792. https://doi.org/10.5194/acp-22-7763-2022
