Observations and in-situ modeling of boreal soil carbon and associated methane emissions
Observations et modélisation in-situ du carbone des sols boréaux et des émissions de méthane associées
Résumé
The methane is one of the most powerful greenhouse gases in the atmosphere, with the carbon dioxyde and the water vapour. At the global scale, most of natural methane emissions come from high latitude wetlands and permafrosts. These regions accounts for a large part of terrestrial carbon stocks. In a climate change context, their future is highly uncertain, like the associated greenhouse gas emissions. Understanding the biogoechemical processes leading to methane fluxes and their interactions with surface processes is therefore important. One of the objectives of this thesis is to represent methane fluxes from these regions within the land surface model ISBA. To do so, we developped a biogeochemical model that represents explicitely gases, their production, consumption and transport within the soil column. This model is coupled with a new dynamic soil carbon model, vertically discretized, also developed during this thesis. The new biogeochemical model represents correctly methane and carbon dioxyde fluxes on three distinct arctic sites, with or without permafrost. The representation of underground biogeochemical processes is also satisfying. Nevertheless, some parameters remain uncertain and the model is very sensitive to hydrological conditions. We also measured soil carbon stocks and profiles in one of the Greenlandic studied fen. Comparing these stocks and profiles with the modelled carbon stocks shows some shortcomings of the new discretized soil carbon model : CENTURY original structure and parametrisation is not perfectly suited for high-latitudes wetlands, and the representation of carbon vertical dynamics needs improvements.
Le méthane est l'un des plus puissants gaz à effets de serre présent dans l'atmosphère, avec le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau. A l'échelle globale, la majorité des émissions naturelles de méthane proviennent des zones humides et des pergélisols de haute latitude. Ces zones sont un réservoir important de carbone et dans un contexte de changement climatique, leur devenir est fortement incertain, ainsi que les émissions de gaz à effet de serre associées. Il est ainsi important de comprendre les processus biogéochimiques responsables des flux de méthane vers l'atmosphère, et leurs interactions avec les processus de surface. Un des objectifs de cette thèse est d'intégrer au modèle de surface continentale ISBA une représentation des flux de méthane. Pour ce faire, nous avons développé un modèle biogéochimique représentant explicitement les gaz dans le sol et les processus de production, consommation et transport associés. Ce module est couplé à un nouveau modèle dynamique de carbone du sol basé sur CENTURY, discrétisé verticalement, également développé lors de cette thèse. Le nouveau modèle biogéochimique représente correctement les flux de méthane et de dioxyde de carbone sur trois sites arctiques distincts, pergélisolés ou non. La représentation des processus biogéochimiques sous-terrains est également satisfaisante. Certains paramètres restent cependant incertains, et le modèle est trés sensible aux conditions hydrologiques. Nous avons également réalisé des mesures de carbone sous-terrain sur un des trois sites étudiés, situé au Groenland. La comparaison des stocks et profils de carbone mesurés avec les résultats du nouveau modèle discrétisé mettent en évidence certaines insuffisances de ce dernier : la paramétrisation et la structure originale de CENTURY ne semble pas adaptée aux zones humides arctiques, et la représentation de la dynamique verticale du carbone nécessite des améliorations.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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