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Observación sistemática de los gases de efecto invernadero.
La red ICOS (“Integrated Carbon Observation System”)
A. Carrara, Fundación CEAM
Jornada sobre Cambio ClimáticoObservatorios de Gases de Efecto Invernadero y Planes de Acción
ECOFIRA (11ª Feria Internacional de las Soluciones Medioambientales) Valencia, 1 de Marzo 2012
Concepto general
El concepto de base de ICOS es el establecimiento de una redde observación sistemática del ciclo de los principales gases de efectoinvernadero a largo plazo, constituida por estaciones de medidas dealta precisión, para la medición de los flujos de gases de efectoinvernadero de los ecosistemas terrestres y su concentración en laatmósfera, así como de los intercambios de CO2 entre la atmósfera ylos océanos.
ICOS apareció en la hoja de ruta ESFRI en 2008
• ESFRI selecciona infraestructuras que son consideradas de alta relevancia y prioridad para la investigación en Europa y que requieren la colaboración entre varios países europeos para poder implementarse.
Una infraestructura
estratégica a nivel
europeo
Proceso de priorización española de proyectos ESFRI
Alto: son proyectos de elevado interés para la comunidad científico-tecnológica, que tienen un potencial alto para la internacionalización de infraestructuras, laboratorios y/o servicios nacionales, o con gran relevancia de las instituciones y/o empresas que han mostrado su apoyo.
ICOS es considerado de alto grado de interés para España.
http://www.mineco.gob.es/stfls/mineco/investigacion.html
Red de estaciones / observación sistemática (3 componentes):- atmosférico: “Tall towers”, “aircraft”, ”flask sampling”- ecosistema: “Flux towers”- marino: “Fixed stations”, “VOS lines”
“Infraestructuras centrales”:- Atmospheric Thematic Center (France, Finland)- Ecosystem Thematic Center (Italy, France, Belgium)- Ocean Thematic Center (Norway, Spain, UK)- Central Analytical Laboratory (Germany)- Carbon Portal (Sweden?, Netherlands?)- Headquarters (Finland, France)
ICOS: Una infraestructura distribuida de estaciones de medidas diseñada alrededor de instalaciones centrales destinadas a optimizar la eficiencia global:
Concepto general
Base Científica
El Panel Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, AR4, 2007)ha establecido con certeza, que el aumento observado de temperatura se debe principalmente a la creciente presencia de gases de efecto invernadero en la atmósfera, producida por emisiones de origen antropogénico, que alcanzan los ciclos naturales del dióxido de carbono (CO2), del metano (CH4) y del óxido nitroso (N2O).
Base Científica: ciclo de carbono global
Destino de las emisiones antropogenicas de CO2 (2000-2006)
Canadell et al. 2007, PNAS
1.5 Pg C y-1
2.8 Pg y-1
+7.6 Pg C y-1
Atmosfera45%
4.1 Pg y-1
Ecosistemas terrestres
30%
Oceanos25%
2.2 Pg y-1
pasado
El conocimiento del ciclo de carbono en ecosistemas terrestres no permite explicar de forma satisfactoria las importantes variaciones temporales (interanuales) y espaciales observadas.
Balance de carbono de los ecosistemas terrestresFlu
jo de
Car
bono
(Pg C
y-1)
Balance de carbono de los ecosistemas terrestres
La incertidumbre asociada al actual conocimiento del ciclo del carbono es uno de los factores que determinan la incertidumbre de las predicciones climáticas en los actuales modelos globales.
Terre
strial
Bios
pher
e C si
nk (P
g C y-1
)
Modelos de ciclo de carbono terrestre
Modelos de clima
ICOS y el ciclo de carbono
ICOS y el ciclo de carbonoIntercambios
atmósfera-vegetación
Intercambios
atmósfera-océanosConcentración
atmosféricaEmisiones
ICOS y el ciclo de carbonoIntercambios
atmósfera-vegetación
Intercambios
atmósfera-océanosConcentración
atmosféricaEmisiones
Componente atmosférico:
concentraciones atmosféricas de CO2, CH4, N2O, CO y radiocarbono-CO2 para cuantificar las emisiones de combustible fósil
Componente atmosférico“Tall towers”, “Aircraft”, “Flask Sampling”
Type Parameters
Core (continuous) CO2, CH4, CO
Core (continuous)Meteorological parameters: P,
T, RH, wind
Core (continuous) Boundary layer height
Additional CO2 flux
Core (periodic) CO2, CH4, N2O, SF6, CO, H2, O2/N2
Core (periodic) 13C, 18O, 14C in CO2
Additional (Cont.) N2O, SF6
Additional(periodic) Radon-222
Additional (Cont.)
O2/N2, 13C, 18O, 14C
Network of atmospheric stationsICOS Foreseen network
ICOS Atmospheric stationsTall towers
Flask sampling
ICOS y el ciclo de carbonoIntercambios
atmósfera-vegetación
Intercambios
atmósfera-océanosConcentración
atmosféricaEmisiones
Componente ecosistemas:
flujos a nivel de ecosistemas de CO2, CH4, N2O, H2O, y calor, junto con las variables de ecosistema necesarias para entender los procesos que los gobiernan
Componente atmosférico:
concentraciones atmosféricas de CO2, CH4, N2O, CO y radiocarbono-CO2 para cuantificar las emisiones de combustible fósil
Componente terrestre (ecosistemas)
“Flux towers”
Type Parameter
Core CO2, H2O, Sensible heat fluxes
Core High precision CO2 vertical profile
Core Global, Net, Reflected, Diffused radiation
Core Air and soil temperature profiles
Core Wind speed profile
Core Soil Water Content profile
Core Precipitation, Snow height, Troughfall
Core Soil Heat fluxes
Core Soil carbon content
Core Biomass
Core Management and disturbances
Core CH4 Fluxes
Core N2O Fluxes
Core Canopy temperature
Core Spectral reflectance
Core Below canopy Photosynthetic Active Radiation
Core Groundwater level
Core Sap flow
Core Soil respiration, Plant respiration
Core Phenology camera
Core N deposition
Core Leaves and soil water N content
Core Litter fall
Core C and N import and export (management)
Network of ecosystem stations ( )Foreseen network
ICOS Ecosystem stations
content profiles
ICOS Ecosystem stations
ICOS y el ciclo de carbonoIntercambios
atmósfera-vegetación
Intercambios
atmósfera-océanosConcentración
atmosféricaEmisiones
Componente ecosistemas:
flujos a nivel de ecosistemas de CO2, CH4, N2O, H2O, y calor, junto con las variables de ecosistema necesarias para entender los procesos que los gobiernan
Componente Oceánico:
Presión parcial de CO2 en la superficie del océano, junto con el pH y otras variables necesarias para cuantificar y entender los intercambios de carbono entre atmósfera y océanos
Componente atmosférico:
concentraciones atmosféricas de CO2, CH4, N2O, CO y radiocarbono-CO2 para cuantificar las emisiones de combustible fósil
Componente oceánico“Fixed Stations”, “VOS lines”
Type Parameters Frequency
Core atmospheric CO2, Ocean p CO2, total atm,pressure, continuous (30 min)
Core sea surface temperature and salinity continuous (30 min)
Core Meteorological parameters 4-hourly
Core CO2, CH4, N2O, SF6, CO, H2, O2/N2 weekly
Core 13C, 18O, 14C in CO2 weekly
Fixed stations (time series)
Photos: M. Gonzalez-Davila, J, M. Santana-Casiano, U. Las Palmas Gran Canaria
BoyasBuques pequeños dedicados a la investigacion
VOS lines
“Thematic centers”
- Data management- Data Quality Control- Ensure high level of standardization - Instrumentation R&D - Support stations- Training
Infraestructuras centrales
- Atmosphere- Ecosystems- Ocean
“Calibration and Analytical Laboratories”
- Calibration- Flask analysis - Provide high quality standard
Infraestructuras centrales
ICOS en el marco internacional
ICOS implementation Agenda
R&D, design studies
2000-2008Preparatory Phase
2008-2013Construction Phase
2012-2016Operational Phase
> 2014
European projects:CarboEurope-IPCarboOceanGeomon, IMECC, …
European project “ICOS-Preparatory Phase”:http://www.icos-infrastructure.eu/4.3 M€, 13 countries, 16 partners
Consorcio ICOS-Spain (formado en 2010)
ICOS Spanish National Focal Point: María José Sanz (I2C2)
“Lista provisional de participantes al consorcio ICOS-Spain”
Centro de Investigación Atmosférica de Izaña (AEMET)Programa de Gases de Efecto Invernadero
“El Mauna Loa europeo”
Record históricos25 años monitorizando CO2 y CH4
Programas internacionales punteros
Programas internacionales punterosde observación de GEIs
TCCONTotal Carbon Column Observing Network (FTIR)
UNIDAD TECNOLOGICA MARINA (UTM- CSIC BARCELONA)
INSTITUTO DE CIENCIAS MARINAS DE ANDALUCÍA(ICMAN – CSIC) Puerto Real (Cádiz, Spain)
CENTRO TEMÁTICO OCEÁNICO
Aplicaciones
Una aplicación fundamental y clave de ICOS es permitir laobtención de mapas detalladas de emisiones y sumideros de gases deefecto invernadero a nivel regional, mediante la combinación de dosmetodologías independientes y complementarias (“Top-Down” y“Bottom-Up” approachs) que permitiran optimizar y ajustar lasestimaciones regionales de flujos de GEIs en Europa.
Observaciones atmosféricas de GEIs
mapas y documentos sobre fuentes y sumideros de carbono a escalas regionales
“Inverse Modeling” para Observaciones atmosféricas de GEIs
Concepto general de la infraestructura ICOS para la producción de mapas de emisiones/sumideros de GEIs
“Bottom-Up approach”
El método “Bottom-Up” consiste en combinar los datos generados por ICOS con datos de inventarios y productos de teledetección utilizando modelos avanzados de ciclo de carbono en un sistema de información operacional, para permitir la cuantificación diaria de fuentes y sumideros de gases de efecto invernadero a nivel europeo, desde la pequeña escala hasta aproximadamente 10 kilómetros a nivel europeo.
Mapas actuales de flujos de intercambio de GEIs
Top-Down approach Bottom-Up approach
La resolución espacial, la precisión y la robustez de las estimaciones actuales de flujos es actualmente limitada por la calidad y la cantidad de datos de observaciones in-situ de GEIs.
C-Cycle Data Assimilation System
Large uncertainty from landto predict C-balance (C4MIP)
Optimizedterrestrial ecosystem models
reduce the uncertainty
Data streams
C fl
ux to
atm
osph
ere
(GtC
/yr)
Otras aplicaciones: sistemas de asimilación de datos en modelos
Heinsch et al. 2006 RSE
MODIS GPP Algorithm Test
Otras aplicaciones: validación/calibración de productos de teledetección
1:26
Coordinated Observations
GLORY1:34
Impacto de ICOS
Impacto de ICOS
ICOS contribuirá a mejorar el conocimiento de las causas del cambio climático y predecir su evolución futura
Impacto de ICOS
ICOS permitirá tomar decisiones informadas a la hora de orientar las estrategias de mitigación y de adaptación a diferentes escalas espaciales
• Calibración, validación y desarrollo de varios tipos de modelos (modelos biogeoquímicos SVAT “Soil Vegetation Atmosphere Transfer”, modelos de transporte atmosférico, modelos de química de la atmósfera, modelos de intercambios entre océanos y atmósfera, etc.)
• Estudios de las interacciones “feedbacks” entre ciclos biogeoquímicos y cambio climático
• Estudios de procesos a nivel de ecosistemas
• Calibración y validación de productos de teledetección
Aspectos estratégicosAspectos científicos: principales aplicaciones
Las observaciones de alta calidad y a largo plazo proporcionadas por ICOS representan un gran potencial de aplicaciones científicas de varios tipos:
ICOS permitirá a Europa jugar un papel clave en el proceso global de lasobservaciones in situ de GEIs, tanto en el procesamiento de datos y la producciónde productos de flujos (estimaciones de emisiones y sumideros), como en elacceso a datos para la calibración y la validación de productos deteledetección o de modelización, evaluaciones científicas y asimilación de datos.
• La lista de variables incluidas en ICOS es exactamente la de GEOSS(Global Earth Observation System of Systems) recomendada para“apoyar el desarrollo de capacidades para la observación deEssential Climate Variables como el CO2, CH4 y otros GEIs según elultimo plan de implementación de GEOSS.
• ICOS contribuirá al programa “WMO Global Atmosphere WatchProgram” de la Organización Meteorológica Mundial, al programainternacional del Sistema de Observación Global Terrestre (“GlobalTerrestrial Observing System”, GTOS), a la estrategia para laobservación global integrada para observaciones de químicaatmosférica (“Integrated Global Observing Strategy for AtmosphericChemistry Observations”, IGACO), y para el programa internacionalde observaciones globales del carbono (“Global CarbonObservations”, IGCO).
Aspectos estratégicos
Aspectos científicos: Contribución a la Observación global
• La información obtenida sobre los diferentes tipos de bosques y otrosecosistemas naturales, puede ayudar a evaluar y a estudiar como los impactosdel cambio climático pueden influir en su productividad.
• En el caso de cultivos, puede ayudar a evaluar tanto la productividad debiomasa, como el balance de agua y la demanda de riego bajos distintosescenarios climáticos.
• En el caso de los sistemas adehesados o de pastos, un mejor conocimiento delciclo de carbono, del ciclo del agua y de sus interacciones con el clima, puedeayudar a la evaluación de opciones de adaptación al cambio climático, como lamodificación del manejo del ganado, o la evaluación de la vulnerabilidad deestos ecosistemas bajo distintos escenarios climáticos.
Aspectos estratégicos
Gestión de los ecosistemas frente al cambio climatico
ICOS permitirá obtener información robusta sobre la capacidad de secuestro de carbono de los distintos ecosistemas, y de que manera puede verse perturbada por las anomalías climáticas, en este sentido:
Impactos: Agricultura
Cambios en los rendimientos agrícolas en 2080 (IPCC A2 scenario, periodo base 1961-1990), previsiones de 2 modelos distintos (Fuente: PESETA)
Impactos: Agricultura
Cambios en los rendimientos agrícolas en 2080 (IPCC A2 scenario, periodo base 1961-1990), previsiones de 2 modelos distintos (Fuente: PESETA)
Todavia, el incertidumbre es muy grande
• ICOS contribuirá de forma muy importante a la calidad y a la coordinación de losesfuerzos de observación sistemática en España, actualmente muy dispersa, y por lotanto a su desarrollo, su optimización y su visibilidad (Outreach)
• ICOS potenciará la investigación prenormativa europea ambiental que sirve de basepara la elaboración de Directivas y Reglamentos a nivel europeo (hasta ahora basada eninformación proviniendo mayoritariamente del centro y del norte de Europa).
• Las estaciones de medida españolas que se pretenden incorporar a la red ICOS serían,prácticamente, las únicas que dispondrían de datos de GEIs, consolidados y validados porsu pertenencia a una red de nivel mundial.
Todo ello facilitaría la disposición de datos que pueden ser la base de negociación paraEspaña de las futuras normas europeas, incluso de la posición de la propia Unión en losforos mundiales, en aspectos muy relevantes para la mitigación y adaptación al CambioClimático.
Aspectos estratégicosAspectos críticos para España
ICOS Website
www.icos-infrastructure.eu/
ICOS Coordination OfficeCecilia Garrec (Project Officer)
Cecilia.Garrec@lsce.ipsl.fr
Contacto en España:María José Sanz
maria.sanz@mineco.es
Arnaud Carrara
arnaud@ceam.es
“Essentially, all models are wrong, but some are useful”
George E. P. Box (1919 - )Pionero y uno de los mas influyentes estadistas
del siglo XX
“Basicamente, todos los modelos son falsos, pero algunos son utiles”
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