Proyecto ICOS Integrated Carbon Observation System

Observación sistemática de los gases de efecto invernadero.
La red ICOS (“Integrated Carbon Observation System”)
A. Carrara, Fundación CEAM
Jornada sobre Cambio Climático
Observatorios 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 red
de observación sistemática del ciclo de los principales gases de efecto
invernadero a largo plazo, constituida por estaciones de medidas de
alta precisión, para la medición de los flujos de gases de efecto
invernadero de los ecosistemas terrestres y su concentración en la
atmósfera, así como de los intercambios de CO2 entre la atmósfera y
los océanos.
Una infraestructura
estratégica a nivel
europeo
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.
Proceso de priorización española
de proyectos ESFRI
ICOS es considerado de alto grado de
interés para España.
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.
http://www.mineco.gob.es/stfls/mineco/investigacion.html
Concepto general
ICOS: Una infraestructura distribuida de estaciones de
medidas diseñada alrededor de instalaciones centrales
destinadas a optimizar la eficiencia global:
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)
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)
1.5 Pg C y-1
4.1 Pg y-1
Atmosfera
45%
2.8 Pg y-1
+
7.6 Pg C y-1
Ecosistemas
terrestres
30%
2.2 Pg y-1
Oceanos
25%
Canadell et al. 2007, PNAS
Balance de carbono de los ecosistemas terrestres
Flujo de Carbono (Pg C 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 terrestres
Terrestrial Biosphere C sink (Pg C y-1)
Modelos de ciclo de carbono terrestre
Modelos de clima
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.
ICOS y el ciclo de carbono
ICOS y el ciclo de carbono
Emisiones
Intercambios
Intercambios
atmósfera-vegetación
atmósfera-océanos
Concentración
atmosférica
ICOS y el ciclo de carbono
Emisiones
Componente atmosférico:
concentraciones atmosféricas
de CO2, CH4, N2O, CO y
radiocarbono-CO2 para
cuantificar las emisiones de
combustible fósil
Intercambios
Intercambios
atmósfera-vegetación
atmósfera-océanos
Concentración
atmosférica
Componente atmosférico
“Tall towers”, “Aircraft”, “Flask Sampling”
Network of atmospheric stations
Type
Parameters
ICOS Foreseen network
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
Additional
(Cont.)
N2O, SF6
Additional
(periodic)
Radon-222
Additional
(Cont.)
in CO2
O2/N2, 13C, 18O, 14C
Tall towers
Flask sampling
ICOS Atmospheric stations
ICOS y el ciclo de carbono
Emisiones
Intercambios
Intercambios
atmósfera-vegetación
atmósfera-océanos
Componente ecosistemas:
Componente atmosférico:
concentraciones atmosféricas
de CO2, CH4, N2O, CO y
radiocarbono-CO2 para
cuantificar las emisiones de
combustible fósil
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
Concentración
atmosférica
Componente terrestre
(ecosistemas)
“Flux towers”
Network of ecosystem stations (
Foreseen network
)
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)
ICOS Ecosystem stations
ICOS Ecosystem stations
content
profiles
ICOS y el ciclo de carbono
Emisiones
Intercambios
Intercambios
atmósfera-vegetación
atmósfera-océanos
Concentración
atmosférica
Componente ecosistemas:
Componente atmosférico:
concentraciones atmosféricas
de CO2, CH4, N2O, CO y
radiocarbono-CO2 para
cuantificar las emisiones de
combustible fósil
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 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
weekly
in CO2
Fixed stations
(time series)
Boyas
Photos: M. Gonzalez-Davila, J, M. Santana-Casiano,
U. Las Palmas Gran Canaria
Buques pequeños dedicados
a la investigacion
VOS lines
Infraestructuras centrales
- Atmosphere
“Thematic centers” - Ecosystems
- Ocean
- Data management
- Data Quality Control
- Ensure high level of standardization
- Instrumentation R&D
- Support stations
- Training
Infraestructuras centrales
“Calibration and Analytical Laboratories”
- Calibration
- Flask analysis
- Provide high quality standard
ICOS en el marco internacional
ICOS implementation Agenda
R&D, design studies
2000-2008
European projects:
CarboEurope-IP
CarboOcean
Geomon, IMECC, …
Preparatory Phase
2008-2013
Construction Phase
2012-2016
Operational Phase
European project “ICOS-Preparatory Phase”:
http://www.icos-infrastructure.eu/
4.3 M€, 13 countries, 16 partners
Consorcio ICOS-Spain
(formado en 2010)
> 2014
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 históricos
25 años monitorizando CO2 y CH4
Programas internacionales punteros
TCCON
Total Carbon Column Observing Network (FTIR)
Programas internacionales punteros
de observación de GEIs
CENTRO TEMÁTICO OCEÁNICO
UNIDAD TECNOLOGICA MARINA (UTM- CSIC BARCELONA)
INSTITUTO DE CIENCIAS MARINAS DE ANDALUCÍA
(ICMAN – CSIC) Puerto Real (Cádiz, Spain)
Aplicaciones
Una aplicación fundamental y clave de ICOS es permitir la
obtención de mapas detalladas de emisiones y sumideros de gases de
efecto invernadero a nivel regional, mediante la combinación de dos
metodologías independientes y complementarias (“Top-Down” y
“Bottom-Up” approachs) que permitiran optimizar y ajustar las
estimaciones regionales de flujos de GEIs en Europa.
“Inverse Modeling” para Observaciones atmosféricas de GEIs
Observaciones
atmosféricas de GEIs
mapas y documentos sobre fuentes y sumideros de
carbono a escalas regionales
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.
Otras aplicaciones: sistemas de asimilación de datos en modelos
Data streams
C flux to atmosphere (GtC/yr)
Large uncertainty from land
to predict C-balance (C4MIP)
Optimized
terrestrial ecosystem models
Î reduce the uncertainty
C-Cycle Data
Assimilation System
Otras aplicaciones: validación/calibración de productos de teledetección
Coordinated Observations
GLORY
1:34
MODIS GPP Algorithm Test
1:26
Heinsch et al. 2006 RSE
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
Aspectos estratégicos
Aspectos 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:
•
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
ICOS permitirá a Europa jugar un papel clave en el proceso global de las
observaciones in situ de GEIs, tanto en el procesamiento de datos y la producción
de productos de flujos (estimaciones de emisiones y sumideros), como en el
acceso a datos para la calibración y la validación de productos de
teledetección o de modelización, evaluaciones científicas y asimilación de datos.
Aspectos estratégicos
Aspectos científicos: Contribución a la Observación global
•
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 de
Essential Climate Variables como el CO2, CH4 y otros GEIs según el
ultimo plan de implementación de GEOSS.
•
ICOS contribuirá al programa “WMO Global Atmosphere Watch
Program” de la Organización Meteorológica Mundial, al programa
internacional del Sistema de Observación Global Terrestre (“Global
Terrestrial Observing System”, GTOS), a la estrategia para la
observación global integrada para observaciones de química
atmosférica (“Integrated Global Observing Strategy for Atmospheric
Chemistry Observations”, IGACO), y para el programa internacional
de observaciones globales del carbono (“Global Carbon
Observations”, IGCO).
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:
•
La información obtenida sobre los diferentes tipos de bosques y otros
ecosistemas naturales, puede ayudar a evaluar y a estudiar como los impactos
del cambio climático pueden influir en su productividad.
•
En el caso de cultivos, puede ayudar a evaluar tanto la productividad de
biomasa, como el balance de agua y la demanda de riego bajos distintos
escenarios climáticos.
•
En el caso de los sistemas adehesados o de pastos, un mejor conocimiento del
ciclo de carbono, del ciclo del agua y de sus interacciones con el clima, puede
ayudar a la evaluación de opciones de adaptación al cambio climático, como la
modificación del manejo del ganado, o la evaluación de la vulnerabilidad de
estos ecosistemas bajo distintos escenarios climáticos.
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
Aspectos estratégicos
Aspectos críticos para España
•
ICOS contribuirá de forma muy importante a la calidad y a la coordinación de los
esfuerzos de observación sistemática en España, actualmente muy dispersa, y por lo
tanto a su desarrollo, su optimización y su visibilidad (Outreach)
•
ICOS potenciará la investigación prenormativa europea ambiental que sirve de base
para la elaboración de Directivas y Reglamentos a nivel europeo (hasta ahora basada en
información 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 por
su pertenencia a una red de nivel mundial.
Todo ello facilitaría la disposición de datos que pueden ser la base de negociación para
España de las futuras normas europeas, incluso de la posición de la propia Unión en los
foros mundiales, en aspectos muy relevantes para la mitigación y adaptación al Cambio
Climático.
ICOS Website
www.icos-infrastructure.eu/
ICOS Coordination Office
Cecilia Garrec (Project Officer)
[email protected]
Contacto en España:
María José Sanz
[email protected]
Arnaud Carrara
[email protected]
“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”