Technical note: A high-resolution inverse modelling technique for estimating surface CO <sub>2</sub> fluxes based on the NIES-TM–FLEXPART coupled transport model and its adjoint
Notice bibliographique
Résumé
We developed a high-resolution surface flux inversion system based on the global Eulerian–Lagrangian coupled tracer transport model composed of the National Institute for Environmental Studies (NIES) transport model (TM; collectively NIES-TM) and the FLEXible PARTicle dispersion model (FLEXPART). The inversion system is named NTFVAR (NIES-TM–FLEXPART-variational) as it applies a variational optimization to estimate surface fluxes. We tested the system by estimating optimized corrections to natural surface CO 2 fluxes to achieve the best fit to atmospheric CO 2 data collected by the global in situ network as a necessary step towards the capability of estimating anthropogenic CO 2 emissions. We employed the Lagrangian particle dispersion model (LPDM) FLEXPART to calculate surface flux footprints of CO 2 observations at a spatial resolution of 0.1∘×0.1∘. The LPDM is coupled with a global atmospheric tracer transport model (NIES-TM). Our inversion technique uses an adjoint of the coupled transport model in an iterative optimization procedure. The flux error covariance operator was implemented via implicit diffusion. Biweekly flux corrections to prior flux fields were estimated for the years 2010–2012 from in situ CO 2 data included in the Observation Package (ObsPack) data set. High-resolution prior flux fields were prepared using the Open-Data Inventory for Anthropogenic Carbon dioxide (ODIAC) for fossil fuel combustion, the Global Fire Assimilation System (GFAS) for biomass burning, the Vegetation Integrative SImulator for Trace gases (VISIT) model for terrestrial biosphere exchange, and the Ocean Tracer Transport Model (OTTM) for oceanic exchange. The terrestrial biospheric flux field was constructed using a vegetation mosaic map and a separate simulation of CO 2 fluxes at a daily time step by the VISIT model for each vegetation type. The prior flux uncertainty for the terrestrial biosphere was scaled proportionally to the monthly mean gross primary production (GPP) by the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) MOD17 product. The inverse system calculates flux corrections to the prior fluxes in the form of a relatively smooth field multiplied by high-resolution patterns of the prior flux uncertainties for land and ocean, following the coastlines and fine-scale vegetation productivity gradients. The resulting flux estimates improved the fit to the observations taken at continuous observation sites, reproducing both the seasonal and short-term concentration variabilities including high CO 2 concentration events associated with anthropogenic emissions. The use of a high-resolution atmospheric transport in global CO 2 flux inversions has the advantage of better resolving the transported mixed signals from the anthropogenic and biospheric sources in densely populated continental regions. Thus, it has the potential to achieve better separation between fluxes from terrestrial ecosystems and strong localized sources, such as anthropogenic emissions and forest fires. Further improvements in the modelling system are needed as our posterior fit was better than that of the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)'s CarbonTracker for only a fraction of the monitoring sites, i.e. mostly at coastal and island locations where background and local flux signals are mixed.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».