Ilmakehän hiilidioksidipitoisuudet auttoivat vertailemaan maahiilimalleja

Maahan varastoitunut hiili on tärkeä osa globaalia hiilenkiertoa. Maan hiilivarasto on isompi kuin ilmakehän, ja jos hiili vapautuu sieltä ilmakehään ilmaston lämmetessä, ilman lisääntynyt hiilidioksidipitoisuus kiihdyttää ilmastonmuutosta entisestään. On tärkeää pystyä parantamaan globaalien kasvillisuusmallien kuvausta maahan varastoituneesta hiilestä, jotta tulevaisuuden ennusteet maaperän hiilen kohtalosta olisivat mahdollisimman hyviä.

Maahiilimallien vertailu globaalilla tasolla on monimutkaista. Mallien ennustamaa maahiilen määrää voidaan verrata mittauksiin perustuviin globaaleihin arvioihin. On kuitenkin vaikeampaa arvioida maahiilen ilmakehään päästämän hiilidioksidin määrää. Hiilidioksidin ilmakehämittauksissa mitataan pitoisuutta, joka muodostuu kasvillisuuden yhteyttämisestä, hengittämisestä, ihmisten aiheuttamista päästöistä ja meren pintavoista. Tämän vuoksi maahiilimallien hiilidioksidin päästöjen arviointi on haastavaa, koska niiden aiheuttama signaali on vain yksi osa kokonaisuudesta.

Mallien vertailu paljastaa niiden välisiä eroja

Tässä tutkimuksessa käytimme globaalia JSBACH-kasvillisuusmallia, joka sisälsi kaksi erilaista kuvausta maahiilimalleille. Toinen oli JSBACH:n alkuperäinen malli ja toinen Suomessa kehitetty Yasso-malli. Maahiilimallit käyttivät eri syötetietoja (maan lämpötila vs. ilman lämpötila ja maankosteus vs. sademäärä) ja niillä oli myös erilaiset vastefunktiot näille ympäristömuuttujille. Koska maahiilimalleissa ei ollut takaisinkytkentää kasvillisuusmallin muihin osiin, erot JSBACH-malliversioiden tuloksissa aiheutuivat pelkästään maahiilimalleista.

JSBACH-mallin tulokset kertoivat maanpinnan hiilinieluista ja -lähteistä. Annoimme nämä tiedot edelleen ilmakehämallille, samoin kuin tiedot merien pintavoista sekä ihmisten aiheuttamista päästöistä. Kolmiulotteinen ilmakehämalli kuljetti näitä eri hiilidioksidipitoisuuksia ilmakehässä, ja pystyimme vertaamaan mallin tuloksia ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden pinta- sekä satelliittimittauksiin.

Tulokset eri mallien välillä erosivat suuresti. Yasso-maahiilimalli toisti paremmin mitattua ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden vuosisykliä pohjoisilla alueilla, kun taas JSBACH:n alkuperäinen maahiilimalli oli parempi lauhkealla vyöhykkeellä ja tropiikissa. Tarkempi analyysi paljasti, että Yasson vastefunktiot eivät ole optimaalisia vuodenaikaissyklin arviointiin tropiikissa, vaikka se olikin parempi arvioimaan globaalia maaperän hiilen jakaumaa kuin JSBACH:n alkuperäinen maahiilimalli.

Tutkimus varmisti, että kehitetty arviointitapa toimii, ja että sitä voi käyttää tulevaisuudessakin. Lisäksi yhdistimme tutkimuksessa sekä pinta- että satelliittimittauksia. Satelliittimittaukset tuovat tietoa laajemmilta alueilta, joilla ei välttämättä ole mittausasemia ja niiden mittausaikasarjat alkavat nyt olla tarpeeksi pitkiä, että niitä voi käyttää hiilenkiertotutkimuksessa.

Tutkimukseen osallistui useita tutkijoita Ilmatieteen laitokselta ja työssä käytettiin Pallaksella sijaitsevan ICOS-havaintoaseman dataa. Tutkimukseen osallistui tutkijoita Saksasta, Alankomaista, Japanista ja Yhdysvalloista. Tutkimus oli osa Tea Thumin Suomen akatemian rahoittamaa tutkijatohtoriprojektia.

Lisätietoja:

Tutkija Tea Thum, puh. 050 592 7359, tea.thum@fmi.fi.

Thum, T., Nabel, J. E. M. S., Tsuruta, A., Aalto, T., Dlugokencky, E. J., Liski, J., Luijkx, I. T., Markkanen, T., Pongratz, J., Yoshida, Y., and Zaehle, S.: Evaluating two soil carbon models within the global land surface model JSBACH using surface and spaceborne observations of atmospheric CO2, Biogeosciences, 17, 5721–5743, https://doi.org/10.5194/bg-17-5721-2020, 2020.