Messungen und Modellierung für die regionale Beobachtung von Treibhausgasemissionen

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1 Messungen und für die regionale Beobachtung von Treibhausgasemissionen Dominik Brunner und das CarboCount CH Team Stephan Henne 1, Brian Oney 1, Ines Bamberger 2, Nina Buchmann 2, Werner Eugster 2, Edouard Davin 3, Stefanos Mystakidis 3, Sonia Seneviratne 3, Nicolas Gruber 4, Yu Liu 4, Markus Leuenberger 5, Rüdiger Schanda 5, Anne Roches 6 and Isabelle Bey 6 1 Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology, 2 Institute of Agricultural Sciences, ETH Zurich, 3 Atmospheric and Climate Science, ETH Zurich, 4 Umweltphysik, ETH Zurich, 5 Klima und Umweltphysik, Universität Bern 6 Center for Climate Systems Modeling, ETH Zurich

2 CarboCount CH Projektziele Besseres Verständnis der natürlichen CO 2 Flüsse in Europa und ihrer Abhängigkeit von Klimavariationen Entwicklung eines Mess- und Modellsystems für das Monitoring von CO 2 and CH 4 Flüssen in der Schweiz Ansatz Simulationen des -Atmosphäre Austausches von CO 2 in Europa während der letzten 33 Jahre ( ) Aufbau eines Treibhausgas-Messnetzes in der Schweiz Abschätzung der CO 2 and CH 4 Flüsse durch eine Kombination von top-down & bottom-up Methoden

3 Globales CO 2 Budget ±0.5 PgC y ±0.2 PgC y -1 50% 0.9±0.7 PgC y ±1.0 PgC y -1 26% Residuum aller Flusskomponenten 24% 2.4±0.5 PgC y -1 Mittel aus 5 Modellen Global Carbon Project 2010; Updated from Le Quéré et al. 2009, Nature Geoscience; Canadell et al. 2007, PNAS

4 Globales CO 2 Budget Entwicklung der globalen Quellen und Senken Landvegetation als Senke zeigt grosse Schwankungen (PgC y -1 ) 7.9± ± ±1.0 (Residuum) 4.1± ±0.5 (5 Modelle) Global Carbon Project 2011; Updated from Le Quéré et al. 2009, Nature G; Canadell et al. 2007, PNAS

5 Treibhausgas-Messnetz 4 neue Stationen für CO 2, CH 4 and CO regelmässige 14 C Proben am Standort Beromünster Weitere NABEL Stationen mit CO 2 und/oder CH 4 Flussmessungen von Swiss FluxNet Zentrale Kalibration und Prozessierung an Empa

6 Beromünster-Turm Gebäude für Messapparatur 212 m 132 m Ventilschalt-Box (R. Schanda, Uni Bern) 72 m 45 m 12 m Instruments

7 Modellsystem Inversionssystem 1 Lagrange sch FLEXPART footprints CH 4 COSMO Wettermodell CO 2 Inversionssystem 2 Euler sch CarbonTracker CO 2 CO 2 VMR H 2 O Wärme Emissions- Inventare Biogeochemie Modell (CLM)

8 Inverse Emissionsschätzung Vorwärts-Problem: Simuliere Konzentrationsverlauf an bestimmten Standorten A priori Emissionen Atmosphärisches Transport-Modell simulierte Zeitreihen A posteriori Emissionen Inverses Modell gemessene Zeitreihen Inverses Problem: Berechne Emissionen so, damit simulierte Konzentrationen optimal mit Messungen übereinstimmen

9 Inverse Emissionsschätzung Simulation von CO 2, CH 4 und CO Zeitreihen mit dem Lagrange schen Transportmodell FLEXPART-COSMO Footprints (FLEXPART) x Emissionen (Inventar) = simulierte Zeitreihe

10 Inventare der anthropogenen Emissionen Schweiz CarboCount CO 2 MAIOLICA CH m x 500 m Europa EDGAR v4.2: CO 2, CH 4 TNO/MACC: CH 4 Ca. 10 km x 10 km Zeitfunktionen (Tages-, Wochen-, Jahresgang, Trend) Projektion auf Simulationsgitter Verschmelzung der Inventare CarboCount CO 2 EDGAR v42 CO 2

11 Simulation CO 2 Austausch mit mit dem Modellsystem COSMO-CLM 2 (Davin et al. 2011) Wettervorhersagemodell COSMO Entwickelt durch Konsortium von europäischen Wetterdiensten (Deutschland, Schweiz, Italien, Polen, Griechenland, Rumänien, Russland) Bodenprozess-Modell CLM4.0 (Community Land Model) Lawrence et al. (2011)

12 CLM4.0 benötigt detaillierte Inputdaten 1 Hydrologie-Parameter 4 Landbedeckungs-Parameter 4 Boden-Parameter 7 Vegetationsparameter Beispiel: Laubwaldbedeckung

13 Messungen von CO and CO 2 Beromünster Nov Apr. 2013

14 COSMO Transportsimulation von CO 2 Simulation für 2 Tage im November 2007 Hintergrund CO 2 Input: NOAA CarbonTracker Biogenes CO 2 Input: Photosynthese- und Respirationsmodell VPRM Anthropogenes CO 2 Input: EDGAR & CarboCount Emissionsinventare

15 Flexpart-Simulationen für Beromünster CO m 132 m CH 4 72 m CO 45 m 12 m Instruments

16 Flexpart-Simulationen für Früebüel CO 2 CH 4 Unterschätzung der Emissionen im Winter? Atmung der Vegetation noch nicht berücksichtigt

17 und Ausblick : CarboCount CH untersucht CO 2 und CH 4 Flüsse und ihre Wechselwirkung mit dem Klima auf der regionalen Skala Das Messnetz ist seit über 1 Jahr komplett noch in Entwicklung, z.b. Kopplung mit CLM4.0 Detaillierte Emissionskataster und Inputs für CLM4.0 erstellt im Winter zeigen sehr hohe Korrelation zwischen CO und CO 2, etwas geringere Korrelation mit CH 4 Starke CO 2 Signale der bei Früebüel und v.a. Gimmiz Erste Ergebnisse der Transportsimulationen vielversprechend Nächste Schritte in diesem Jahr: Endgültige Prozessierung der Messdaten Abschluss der Kopplung von COSMO mit CLM Jahr Simulation der CO 2 Flüsse in Europe Erste inverse der CO 2 Flüsse und CH 4 Emissionen