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Nuevo estudio publicado en Tellus B: Inversión decadal de CO2 usando el modelo global atmosférico de transporte acoplado Euleriano-Lagrangiano (GELCA): sensibilidad a la red de observaciones desde superficie

 

 

Un grupo de científicos, principalmente de instituciones japonesas y rusas, ha publicado un estudio en la revista científica Tellus B. Este artículo científico presenta el sistema de asimilación de medidas de dióxido de carbono atmosférico del modelo de transporte acoplado Euleriano-Lagrangiano atmosférico global (GELCA) del National Institute for Environmental Studies (NIES) de Japón. Un investigador del Centro de Investigación Atmosférica de Izaña ha participado en este estudio contribuyendo a la evaluación, la inversión de flujos, la interpretación de los resultados, y la redacción del artículo (no en el desarrollo del modelo ni de su sistema de asimilación).

Debido a que este artículo científico es muy técnico, solo presentamos aquí algunas explicaciones simples que tratan de que el lector entienda superficialmente este asunto. Un modelo de transporte atmosférico consiste en un modelo numérico (matemático) que dada una distribución espacial inicial de un gas traza (por ejemplo, dióxido de carbono) en la atmósfera, calcula la evolución temporal de la concentración de este gas traza en la atmósfera resolviendo un conjunto de ecuaciones en derivadas parciales. Estas ecuaciones tienen en cuenta que el gas traza es transportado por el campo de viento, pero también dispersado debido a la turbulencia y convección. Las fuentes y sumideros superficiales (oceánicas y terrestres) del gas traza también han de ser tenidas en cuenta por el modelo (puede haber también sumideros volumétricos en el seno de la atmósfera en el caso de gases traza que reaccionan químicamente en la atmósfera, pero este no es el caso para el dióxido de carbono).

Las fuentes y sumideros superficiales se conocen pero con una gran incertidumbre (inventarios de emisiones, modelos de vegetación, medida de flujos de gases traza en ecosistemas…). Usando un modelo de transporte y medidas atmosféricas de las concentraciones del gas traza en muchas estaciones, las fuentes y sumideros superficiales pueden ser conocidas con más exactitud llevando a cabo una “Inversión”. El procedimiento es como sigue: 1) los flujos superficiales a priori son usados en una ejecución hacia adelante del modelo de transporte;  2) las concentraciones de gas traza simuladas para cada paso temporal son comparadas con las concentraciones realmente medidas; 3) a partir de las diferencias entre esas concentraciones, se pueden deducir las mejoras que los flujos superficiales necesitan para disminuir dichas diferencias; y por tanto, se puede obtener un valor más exacto a posteriori de los flujos superficiales.

El modelo de transporte usado en este estudio es particularmente complejo y eficiente debido a que consiste en el acoplamiento continuo en el tiempo de un modelo de transporte euleriano y otro lagrangiano. Los modelos eulerianos son mejores para la escala global y largos tiempos de simulación, mientras que los modelos lagrangianos son mejores para escalas pequeñas y tiempos cortos. El modelo GELCA combina ambos tipos de modelo para conseguir simultáneamente las ventajas de ambos: cobertura global y alta resolución espacial cerca de las estaciones de observación.

Tras presentar el sistema de asimilación, en este estudio se realizaron test de sensibilidad para examinar el impacto que la selección de estaciones de observación y la incertidumbre a priori de dichas observaciones tienen en los resultados de la inversión. Para realizar estos test de sensibilidad, se seleccionaron 5 conjuntos diferentes de estaciones/datos. En todos los casos, la serie temporal del flujo neto global de CO2 a la atmósfera permanece próxima a los valores calculados a partir de la tasa de crecimiento media global observada de la fracción molar de CO2 atmosférico. A escalas regionales, los flujos estimados estacionales de CO2 varían dependiendo de los datos de CO2 utilizados en la asimilación. Para la mayoría de las estaciones de observación, el desacuerdo entre el modelo y las observaciones es razonablemente pequeño. Respecto a la estimación de flujos regionales, Asia tropical es una de las regiones que muestra un impacto más significativo en la red de observaciones utilizadas. Los flujos superficiales de Asia tropical son los más sensibles al uso de medidas desde avión sobre el Pacífico debido a la muy escasa disponibilidad de observaciones de superficie en Asia tropical y a la convección profunda presente muy frecuentemente en esta región. El ciclo estacional tiene mejor acuerdo con los resultados de los estudios “bottom-up” cuando las medidas desde avión son asimiladas. Estos resultados confirman la importancia de estas medidas desde avión, especialmente para mejorar la estimación de los flujos superficiales en los trópicos.

 

 

Figura 1. Diagrama esquemático del funcionamiento del modelo de inversión GELCA.

 

Más información sobre este estudio está disponible en el artículo científico publicado:

Shirai, T., M. Ishizawa, R. Zhuravlev, A. Ganshin, D. Belikov, M. Saito, T. Oda, V. Valsala, A.J. Gomez-Pelaez, R. Langenfelds, and S. Maksyutov; A decadal inversion of CO2 using the Global Eulerian–Lagrangian Coupled Atmospheric model (GELCA): sensitivity to the ground-based observation network, Tellus B: Chemical and Physical Meteorology, Vol. 69 , Iss. 1, 2017

 


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