Применение спутниковых измерений атмосферного содержания СО₂ для диагностики углеродного баланса в Центральной Сибири

Существенная доля антропогенных эмиссий основного парникового газа – CO₂ – поглощается наземными экосистемами, что определяет ключевую роль изучения экосистемных потоков углерода (ЭПУ) в контексте исследований климатических изменений. Оценки ЭПУ востребованы также и в прикладных целях – например, при выстраивании национальных стратегий низкоуглеродного развития, а потому получение объективных оценок этих потоков является актуальной задачей как в России, так и во многих других странах мира. 

С целью изучения и оценки ЭПУ в мире широко применяются методы обратного моделирования, предполагающие поиск согласования данных измерений атмосферного содержания CO₂ с соответствующими модельными расчетами. В рамках такого подхода  наиболее часто применяются глобальные химико-транспортные модели (ХТМ). Однако ввиду низкого пространственного разрешения такие модели едва ли могут обеспечить достаточную точность оценок регионального углеродного баланса, которые становятся все более востребованными в последние годы. С целью получения объективных оценок ЭПУ в регионах России, в ИПФ РАН развивается региональная система обратного моделирования RIGGO (Regional inversion of greenhouse gases observations). Система RIGGO включает в себя модель экосистемного обмена VPRM (Vegetation Photosynthesis andRespiration Model), ХТМ CHIMERE, метеорологическую модель WRF, а также комплекс оригинальных программных блоков для обработки и анализа модельных и измерительных данных [1]. Оценка ЭПУ осуществляется путем оптимизации параметров VPRM.

В рамках данной работы RIGGOбыла применена для изучения ЭПУ в Центральной Сибири. Найдено, что оптимизация параметров VPRM по данным измерений содержания СО₂ со спутника OCO-2 привела к более чем двукратному сужению интервала неопределенности априорной интегральной оценки чистой экосистемной продуктивности (NEP) для теплого периода года. Апостериорная оценка NEP была сопоставлена с оценкой по данным инвентаризации GFED, и было найдено, что обе оценки согласуются между собой в пределах доверительных интервалов. Полученные оценки валовой первичной продуктивности (GPP) продемонстрировали хорошее согласие с соответствующими оценками по данным известного спутникового продукта MOD17A2HGF с разницей менее 15%. Для валидации результатов оценки ЭПУ были привлечены данные измерений нетто-экосистемного обмена (NEE) на двух измерительных вышках наблюдательной станции ZOTTO. Оптимизация параметров VPRM позволила улучшить согласие между величинами NEEпо данным модельных расчетов и измерений – в частности, уменьшить среднеквадратичное отклонение и увеличить коэффициент корреляция для соответствующих почасовых значений NEE.