Modelling CO 2 and trace gas exchange between landsurface
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- Florian Ziegler
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1 Modelling CO 2 and trace gas exchange between landsurface and atmosphere Rüdiger Grote (Ruediger.Grote@kit.edu) Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Atmosphärische Umweltforschung, Garmisch-Partenkirchen, Direktor: Prof. Dr. Hans Peter Schmid KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
2 Biosphere-Atmosphere Exchange CO2 (GtC = 1000 TgC = g) CH4 (TgC = g) (~800) Global Carbon Project 2013; Figure based on Kirschke et al N2O (TgN= g) 6.7 million tonnes 11 million tonnes ~11 IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change Berlin, Rüdiger Grote@kit.edu
3 Biosphere-Atmosphere Exchange NOx from soils = 4-21TgN O3 damage = ~ 20 % yield loss Volatile organic carbon from plants = ~ 1000 TgC 3 Berlin, Rüdiger Grote@kit.edu
4 Biosphere-Atmosphere Exchange 4 Berlin, Rüdiger Grote@kit.edu
5 Biosphere-Atmosphere Exchange Emission Concentration Impact What happens beyond today?? 5 Berlin, Rüdiger Grote@kit.edu
6 Modelling Emission Concentration Impact 1 st Problem: unknown human behavior - Not my topic - 6 Berlin, Rüdiger Grote@kit.edu
7 Modelling Butterbach et al (PTRS) 2 nd Problem: Many unknown cause-effect relationships 3 nd Problem: Many different scales involved 7 Berlin, Rüdiger Grote@kit.edu
8 Modelling Why is it so difficult? Shresta et al (New Forests) 1. Many processes involved 8 Berlin, Rüdiger Grote@kit.edu
9 Modelling Why is it so difficult? Grote et al (Forest Systems) 2. Different systems involved Model Coupling 9 Berlin, Rüdiger Grote@kit.edu
10 Modelling Why is it so difficult? Needed: Available: - Soil depth - C & N content - Acidity - Water holding capacity - Soil density - - Species composition - Ground coverage - 3. Detailed initial information required Tarnocai et al Berlin, Rüdiger Grote@kit.edu
11 Modelling Why is it so difficult? N2O 4. Small time steps required 11 Berlin, Rüdiger
12 Modelling from site to regional 12 Berlin, Rüdiger
13 Modelling from site to regional CH4 emission 13 Berlin, Rüdiger
14 Modelling from site to regional N2O Emissions (mgn m-2 season-1) Huang & Gerber 2015 (BGD) Riley et al (BG) 14 Berlin, Rüdiger
15 Modelling Considering Feedbacks 15 Berlin, Rüdiger
16 Modelling Considering Feedbacks Hierarchy-theory: Levels: How to deal with it in models: Global Slow Litter input, economy, Population Water holding growth cap., rate,. National Gas Middle Nitrogen availability, economy release, dev., Energy Withdrawal Nitrification, supply prices, prices, Total Gas Denitrification withdrawal energy demand Production fast Microbial activity efficiency, vs. environmental cond. Constants Dynamic model Function parameters??? Robinson & Ek 2000 (CJFR) intense Holons infrequent 16 Berlin, Rüdiger
17 Modelling The Earth System Berlin, Rüdiger
18 Modelling Considering Feedbacks Net Carbon Exchange: Included - Drought - CO2 - Temperature Not included: - Disturbances! - Reforestation - Soil changes! Sitch et al Berlin, Rüdiger Grote@kit.edu
19 Modelling Considering Feedbacks Net N2O Exchange: Included - Drought - CO2 - Temperature Not included: - Disturbances! - Reforestation - Soil changes! Huang and Gerber 2015 (BGD) 19 Berlin, Rüdiger Grote@kit.edu
20 Summary Estimates are highly uncertain 20 Berlin, Rüdiger
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