Recent past (1979-2014) and future (2070-2099) isoprene fluxes over Europe simulated with the MEGAN-MOHICAN model

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Recent past (1979-2014) and future (2070-2099) isoprene fluxes over Europe simulated with the MEGAN-MOHICAN model

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Title: Recent past (1979-2014) and future (2070-2099) isoprene fluxes over Europe simulated with the MEGAN-MOHICAN model
Author: Bauwens, Maite; Stavrakou, Trissevgeni; Mueller, Jean-François; Van Schaeybroeck, Bert; De Cruz, Lesley; De Troch, Rozemien; Giot, Olivier; Hamdi, Rafiq; Termonia, Piet; Laffineur, Quentin; Amelynck, Crist; Schoon, Niels; Heinesch, Bernard; Holst, Thomas; Arneth, Almut; Ceulemans, Reinhart; Sánchez Lorenzo, Arturo; Guenther, Alex
Abstract: El isopreno es un compuesto orgánico volátil altamente reactivo emitido por la vegetación, conocido por ser un precursor de aerosoles orgánicos secundarios y por potenciar la formación de ozono troposférico en condiciones de contaminación. Las emisiones de isopreno responden fuertemente a los cambios en los parámetros meteorológicos como la temperatura y la radiación solar. Además, el aumento de la concentración de CO2 tiene un doble efecto, ya que causa tanto una inhibición directa de las emisiones como un aumento de la biomasa a través de la fertilización. En este estudio utilizamos el modelo de emisión MEGAN (Modelo de Emisiones de Gases y Aerosoles de la Naturaleza) junto con el modelo de dosel MOHYCAN (Modelo de Emisiones de Hidrocarburos por el Dosel) para calcular los flujos de isopreno emitidos por la vegetación en el pasado reciente (1979-2014) y en el futuro (2070-2099) sobre Europa a una resolución de 0.1˚×0.1˚. Como resultado del cambio climático, los flujos de isopreno modelizados aumentaron en un 1,1% anual en promedio en Europa entre 1979 y 2014, y las tendencias más fuertes se observaron en Europa oriental y en la Rusia europea, mientras que la contabilización del efecto de inhibición del CO2 condujo a una reducción de las tendencias de las emisiones (0,76% anual). Las comparaciones con las mediciones de la campaña de campo en siete sitios europeos sugieren que el modelo MEGAN-MOHYCAN proporciona una representación fiable de la variabilidad temporal de los flujos de isopreno en escalas de tiempo entre 1 h y varios meses. Para el período 1979-2014 el modelo fue impulsado por los campos de reanálisis provisionales de la ERA del ECMWF, mientras que para la comparación de las emisiones actuales con las proyectadas para el futuro, utilizamos la meteorología simulada con el modelo climático regional ALARO. Según los escenarios de la vía de concentración representativa (RCP) para las trayectorias de concentración de los gases de efecto invernadero que impulsan las proyecciones climáticas, se encontró que las emisiones de isopreno aumentaban en +7% (RCP2.6), +33% (RCP4.5) y +83% (RCP8.5), en comparación con la simulación de control, y se encontraron aumentos aún más fuertes al considerar el impacto potencial de la fertilización con CO2: +15% (RCP2.6), +52% (RCP4.5), y +141% (RCP8.5). Sin embargo, el efecto inhibidor del CO2 ayuda mucho a cancelar estos aumentos. Sobre la base de dos parametrizaciones distintas, que representan la inhibición fuerte o moderada, se estimó que las emisiones proyectadas que tienen en cuenta todos los efectos eran de un 0 a un 17% (inhibición fuerte) y de un 11 a un 65% (inhibición moderada) más altas que en la simulación de control. La diferencia obtenida mediante las dos parametrizaciones de CO2 subraya la gran incertidumbre asociada a este efecto.Isoprene is a highly reactive volatile organic compound emitted by vegetation, known to be a precursor of secondary organic aerosols and to enhance tropospheric ozone formation under polluted conditions. Isoprene emissions respond strongly to changes in meteorological parameters such as temperature and solar radiation. In addition, the increasing CO2 concentration has a dual effect, as it causes both a direct emission inhibition as well as an increase in biomass through fertilization. In this study we used the MEGAN (Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature) emission model coupled with the MOHYCAN (Model of HYdrocarbon emissions by the CANopy) canopy model to calculate the isoprene fluxes emitted by vegetation in the recent past (1979–2014) and in the future (2070–2099) over Europe at a resolution of 0.1˚×0.1˚. As a result of the changing climate, modeled isoprene fluxes increased by 1.1 % yr−1 on average in Europe over 1979–2014, with the strongest trends found over eastern Europe and European Russia, whereas accounting for the CO2 inhibition effect led to reduced emission trends (0.76 % yr−1). Comparisons with field campaign measurements at seven European sites suggest that the MEGAN–MOHYCAN model provides a reliable representation of the temporal variability of the isoprene fluxes over timescales between 1 h and several months. For the 1979–2014 period the model was driven by the ECMWF ERA-Interim reanalysis fields, whereas for the comparison of current with projected future emissions, we used meteorology simulated with the ALARO regional climate model. Depending on the representative concentration pathway (RCP) scenarios for greenhouse gas concentration trajectories driving the climate projections, isoprene emissions were found to increase by +7 % (RCP2.6), +33 % (RCP4.5), and +83 % (RCP8.5), compared to the control simulation, and even stronger increases were found when considering the potential impact of CO2 fertilization: +15 % (RCP2.6), +52 % (RCP4.5), and +141 % (RCP8.5). However, the inhibitory CO2 effect goes a long way towards canceling these increases. Based on two distinct parameterizations, representing strong or moderate inhibition, the projected emissions accounting for all effects were estimated to be 0–17 % (strong inhibition) and 11–65 % (moderate inhibition) higher than in the control simulation. The difference obtained using the two CO2 parameterizations underscores the large uncertainty associated to this effect.
URI: http://hdl.handle.net/10662/10878
Date: 2018


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