Published November 29, 2018
| Version v1
Publication
Open
The use of radiocarbon <sup>14</sup>C to constrain carbon dynamics in the soil module of the land surface model ORCHIDEE (SVN r5165)
Creators
- 1. Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement
- 2. Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines
- 3. Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives
- 4. CEA Saclay
- 5. Centre National de la Recherche Scientifique
- 6. Centre for Research on Ecology and Forestry Applications
- 7. National University of Misiones
- 8. Centre de Recherche et d'Enseignement de Géosciences de l'Environnement
- 9. Institut de Recherche pour le Développement
Description
Abstract. Despite the importance of soil as a large component of the terrestrial ecosystem, the soil compartments are not well represented in land surface models (LSMs). Indeed, soils in current LSMs are generally represented based on a very simplified schema that can induce a misrepresentation of the deep dynamics of soil carbon. Here, we present a new version of the Institut Pierre Simon Laplace (IPSL) LSM called ORCHIDEE-SOM (ORganizing Carbon and Hydrology in Dynamic EcosystEms-Soil Organic Matter), incorporating the 14C dynamics into the soil. ORCHIDEE-SOM first simulates soil carbon dynamics for different layers, down to 2 m depth. Second, concentration of dissolved organic carbon and its transport are modelled. Finally, soil organic carbon decomposition is considered taking into account the priming effect. After implementing 14C in the soil module of the model, we evaluated model outputs against observations of soil organic carbon and modern 14C fraction (F14C) for different sites with different characteristics. The model managed to reproduce the soil organic carbon stocks and the F14C along the vertical profiles for the sites examined. However, an overestimation of the total carbon stock was noted, primarily on the surface layer. Due to 14C, it is possible to probe carbon age in the soil, which was found to be underestimated. Thereafter, two different tests on this new version have been established. The first was to increase carbon residence time of the passive pool and decrease the flux from the slow pool to the passive pool. The second was to establish an equation of diffusion, initially constant throughout the profile, making it vary exponentially as a function of depth. The first modifications did not improve the capacity of the model to reproduce observations, whereas the second test improved both estimation of surface soil carbon stock as well as soil carbon age. This demonstrates that we should focus more on vertical variation in soil parameters as a function of depth, in order to upgrade the representation of the global carbon cycle in LSMs, thereby helping to improve predictions of the of soil organic carbon to environmental changes.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الملخص: على الرغم من أهمية التربة كمكون كبير للنظام البيئي الأرضي، إلا أن مقصورات التربة غير ممثلة بشكل جيد في نماذج سطح الأرض (LSMs). في الواقع، يتم تمثيل التربة في LSMs الحالية بشكل عام بناءً على مخطط مبسط للغاية يمكن أن يؤدي إلى تحريف الديناميكيات العميقة لكربون التربة. نقدم هنا نسخة جديدة من معهد Pierre Simon Laplace (IPSL) LSM تسمى ORCHIDEE - SOM (ORganizing Carbon and Hydrology in Dynamic EcosystEms - Soil Organic Matter)، والتي تدمج ديناميكيات 14C في التربة. تحاكي أورشيدي سوم أولاً ديناميكيات الكربون في التربة لطبقات مختلفة، حتى عمق 2 متر. ثانيًا، يتم نمذجة تركيز الكربون العضوي المذاب ونقله. أخيرًا، يتم النظر في تحلل الكربون العضوي في التربة مع مراعاة تأثير التحضير. بعد تنفيذ 14C في وحدة التربة للنموذج، قمنا بتقييم مخرجات النموذج مقابل ملاحظات الكربون العضوي في التربة وجزء 14C الحديث (F14C) لمواقع مختلفة ذات خصائص مختلفة. تمكن النموذج من إعادة إنتاج مخزونات الكربون العضوي في التربة و F14C على طول المقاطع الرأسية للمواقع التي تم فحصها. ومع ذلك، لوحظ وجود مبالغة في تقدير إجمالي مخزون الكربون، في المقام الأول على الطبقة السطحية. بسبب 14 درجة مئوية، من الممكن التحقيق في عمر الكربون في التربة، والذي تبين أنه تم التقليل من شأنه. بعد ذلك، تم إنشاء اختبارين مختلفين على هذه النسخة الجديدة. الأول هو زيادة وقت بقاء الكربون في البركة السلبية وتقليل التدفق من البركة البطيئة إلى البركة السلبية. والثاني هو إنشاء معادلة للانتشار، ثابتة في البداية في جميع أنحاء القطاع، مما يجعلها تختلف أضعافا مضاعفة كدالة للعمق. لم تحسن التعديلات الأولى قدرة النموذج على إعادة إنتاج الملاحظات، في حين أدى الاختبار الثاني إلى تحسين كل من تقدير مخزون الكربون السطحي للتربة وكذلك عمر الكربون في التربة. يوضح هذا أنه يجب علينا التركيز بشكل أكبر على التباين الرأسي في معلمات التربة كدالة للعمق، من أجل ترقية تمثيل دورة الكربون العالمية في LSMs، وبالتالي المساعدة في تحسين تنبؤات الكربون العضوي في التربة للتغيرات البيئية.Translated Description (French)
Résumé. Malgré l'importance du sol en tant que composante importante de l'écosystème terrestre, les compartiments du sol ne sont pas bien représentés dans les modèles de surface terrestre (LSM). En effet, les sols dans les LSM actuels sont généralement représentés sur la base d'un schéma très simplifié qui peut induire une fausse représentation de la dynamique profonde du carbone du sol. Nous présentons ici une nouvelle version de la LSM de l'Institut Pierre Simon Laplace (IPSL) appelée ORCHIDEE-SOM (ORganizing Carbon and Hydrology in Dynamic EcosystEms-Soil Organic Matter), intégrant la dynamique du 14C dans le sol. ORCHIDEE-SOM simule d'abord la dynamique du carbone du sol pour différentes couches, jusqu'à 2 m de profondeur. Deuxièmement, la concentration de carbone organique dissous et son transport sont modélisés. Enfin, la décomposition du carbone organique du sol est envisagée en tenant compte de l'effet d'amorçage. Après avoir implémenté le 14C dans le module sol du modèle, nous avons évalué les résultats du modèle par rapport aux observations du carbone organique du sol et de la fraction 14C moderne (F14C) pour différents sites avec des caractéristiques différentes. Le modèle a réussi à reproduire les stocks de carbone organique du sol et le F14C le long des profils verticaux pour les sites examinés. Cependant, une surestimation du stock de carbone total a été notée, principalement sur la couche de surface. En raison du 14C, il est possible de sonder l'âge du carbone dans le sol, qui a été sous-estimé. Par la suite, deux tests différents sur cette nouvelle version ont été établis. La première consistait à augmenter le temps de résidence du carbone du bassin passif et à diminuer le flux du bassin lent vers le bassin passif. La seconde consistait à établir une équation de diffusion, initialement constante sur tout le profil, la faisant varier exponentiellement en fonction de la profondeur. Les premières modifications n'ont pas amélioré la capacité du modèle à reproduire les observations, tandis que le deuxième test a amélioré à la fois l'estimation du stock de carbone du sol de surface ainsi que l'âge du carbone du sol. Cela démontre que nous devrions nous concentrer davantage sur la variation verticale des paramètres du sol en fonction de la profondeur, afin d'améliorer la représentation du cycle global du carbone dans les LSM, contribuant ainsi à améliorer les prédictions du carbone organique du sol aux changements environnementaux.Translated Description (Spanish)
Resumen. A pesar de la importancia del suelo como un gran componente del ecosistema terrestre, los compartimentos del suelo no están bien representados en los modelos de superficie terrestre (LSM). De hecho, los suelos en los LSM actuales generalmente se representan en función de un esquema muy simplificado que puede inducir una tergiversación de la dinámica profunda del carbono del suelo. Aquí, presentamos una nueva versión del LSM del Institut Pierre Simon Laplace (IPSL) llamada ORCHIDEE-SOM (ORganizing Carbon and Hydrology in Dynamic EcosystEms-Soil Organic Matter), que incorpora la dinámica 14C en el suelo. ORCHIDEE-SOM primero simula la dinámica del carbono del suelo para diferentes capas, hasta 2 m de profundidad. En segundo lugar, se modela la concentración de carbono orgánico disuelto y su transporte. Finalmente, se considera la descomposición del carbono orgánico del suelo teniendo en cuenta el efecto de cebado. Después de implementar 14C en el módulo de suelo del modelo, evaluamos los resultados del modelo contra lo observado de carbono orgánico del suelo y la fracción 14C moderna (F14C) para diferentes sitios con diferentes características. El modelo logró reproducir las reservas de carbono orgánico del suelo y el F14C a lo largo de los perfiles verticales para los sitios examinados. Sin embargo, se observó una sobreestimación de la reserva total de carbono, principalmente en la capa superficial. Debido al 14C, es posible sondear la edad del carbono en el suelo, que se encontró que estaba subestimada. A partir de entonces, se han establecido dos pruebas diferentes en esta nueva versión. El primero fue aumentar el tiempo de residencia del carbono de la piscina pasiva y disminuir el flujo de la piscina lenta a la piscina pasiva. El segundo fue establecer una ecuación de difusión, inicialmente constante en todo el perfil, haciendo que varíe exponencialmente en función de la profundidad. Las primeras modificaciones no mejoraron la capacidad del modelo para reproducir lo observado, mientras que la segunda prueba mejoró tanto la estimación del carbono almacenado en la superficie del suelo como la edad del carbono del suelo. Esto demuestra que debemos centrarnos más en la variación vertical en los parámetros del suelo en función de la profundidad, con el fin de mejorar la representación del ciclo global del carbono en los LSM, ayudando así a mejorar las predicciones del carbono orgánico del suelo a los cambios ambientales.Files
gmd-11-4711-2018.pdf.pdf
Files
(1.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d91e8e4b78261201536a4115d139f23f
|
1.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- استخدام الكربون المشع < sup>14</ sup> C لتقييد ديناميكيات الكربون في وحدة التربة لنموذج سطح الأرض ORCHIDEE (SVN r5165)
- Translated title (French)
- L'utilisation du radiocarbone < sup> ;14 </sup> ;C pour contraindre la dynamique du carbone dans le module du sol du modèle de surface terrestre ORCHIDEE (SVN r5165)
- Translated title (Spanish)
- El uso de radiocarbono < sup>14 </sup>C para restringir la dinámica del carbono en el módulo de suelo del modelo de superficie terrestre ORCHIDEE (SVN r5165)
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2806969403
- DOI
- 10.5194/gmd-11-4711-2018
References
- https://openalex.org/W1485912079
- https://openalex.org/W1987874405
- https://openalex.org/W1990357248
- https://openalex.org/W2009766566
- https://openalex.org/W2015806530
- https://openalex.org/W2015884064
- https://openalex.org/W2018672425
- https://openalex.org/W2024966118
- https://openalex.org/W2026473694
- https://openalex.org/W2035812798
- https://openalex.org/W2044951399
- https://openalex.org/W2055162586
- https://openalex.org/W2066469432
- https://openalex.org/W2073049625
- https://openalex.org/W2082466868
- https://openalex.org/W2090719844
- https://openalex.org/W2098385897
- https://openalex.org/W2101131157
- https://openalex.org/W2123757210
- https://openalex.org/W2123855284
- https://openalex.org/W2134289299
- https://openalex.org/W2138562677
- https://openalex.org/W2139388007
- https://openalex.org/W2143386838
- https://openalex.org/W2146374573
- https://openalex.org/W2153815449
- https://openalex.org/W2155349103
- https://openalex.org/W2157412927
- https://openalex.org/W2162066644
- https://openalex.org/W2201943468
- https://openalex.org/W2247997230
- https://openalex.org/W2478089716
- https://openalex.org/W2522045642
- https://openalex.org/W2522778707
- https://openalex.org/W2586242941
- https://openalex.org/W2624978326
- https://openalex.org/W2768688084
- https://openalex.org/W2868080347
- https://openalex.org/W4214770508
- https://openalex.org/W4300009529