Modélisation des feux dans le modèle de végétation ORCHIDEE : effets des feux sur les flux de carbone planétaires

Fire simulation in the ORCHIDEE biosphere model : implications for global carbon fluxes

• Auteur / Autrice : Chao Yue
• Direction : Philippe Ciais, Patricia Cadule
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Versailles-St Quentin en Yvelines
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bilan des émissions de gaz à effet de serre

Effets du feu

Plantes -- Effets du climat

Résumé

Les feux naturels ainsi que ceux liés aux activités anthropiques libèrent, dans l’atmosphère, des gaz à effet de serre (CO2 , CH4, N2O), des gaz réactifs (CO , NOx) et des aérosols, et contribuent au changement climatique. Les feux de forêts sont à l’origine d’un puits de carbone sur le long terme, notamment pendant la repousse de la végétation. Il est donc important d’intégrer les processus liés aux feux dans les modèles Système Terre, pour être en mesure de quantifier la contribution des feux sur le bilan de carbone de la biosphère terrestre, et également prévoir les rétroactions futures entre les feux, le climat, et la végétation. Dans cette thèse le module de feu pronostique SPITFIRE a été incorporé dans le modèle dynamique de la végétation ORCHIDEE. Les études d’évaluation montrent que le modèle de feu est capable de représenter les processus essentiels, contrôlés par les facteurs climatiques et anthropiques, pour les surfaces brûlées observées au cours du 20ème siècle. Cependant la fréquence et la taille des très grands feux sont sous-estimées dans ce modèle. Les feux sont responsables d’une diminution du puits moyen de carbone de la biosphère terrestre, en comparaison avec une simulation sans feu, avec une diminution plus importante lors des années plus sèches et plus chaudes. Des simulations factorielles indiquent que les feux qui ont eu lieu au cours des trois dernières décennies, couplés à l’impact de l'augmentation du CO2 et de l’évolution climat sur la végétation, ont contribué à l’efficacité du puits de carbone pan-boréal (45°N–90°N), du début du 20ème siècle. Au niveau du site, l’efficacité du puits de carbone, comme observée par les mesures de chrono-séquences biométriques et de tours de flux de CO2, est attribuée à la combinaison de la repousse des forêts après un feu, et de l'augmentation de la concentration atmosphérique de CO2. Autrement dit, le puits de carbone est amplifié par l'effet fertilisant du CO2 sur la végétation lors de la croissance des forêts.

Anthropogenic biomass burning and wildfires release greenhouse gases (CO2, CH4, N2O), reactive gases (CO, NOx) and aerosols into the atmosphere, and contribute to regional and global climate change. In forest regions affected by fires, fire also legate a sustained long-term carbon sink during the postfire vegetation recovery. It is thus important to incorporate fire processes into Earth system models, to be able to quantify the large-scale fire contribution to the terrestrial carbon balance, and predict future fire-climate-vegetation feedbacks. In this thesis, the prognostic fire module SPITFIRE has been incorporated into the process-based dynamic vegetation model ORCHIDEE. Evaluation studies show that the fire model is capable of capturing the essential climatic and anthropogenic drivers of burned area in the 20th century, but the frequency and size of very large fires are underestimated. Fires are found to reduce on average the terrestrial carbon sink compared with a simulation without fire, with larger fire-induced sink reduction occurring during drier and warmer years. Model factorial experiments indicate that fires during the last three decades, combined with rising CO2 and climate effects on the vegetation, have contributed to most of the pan-boreal (45oN–90oN) carbon sink at early 20th century. At the site level, the postfire forest carbon sink in North American boreal forests, as observed by chronosequences of biometric measurements and of eddy-covariance CO2 fluxes, are ascribed to a combination of forest regrowth from fire recovery and atmospheric CO2 increase, i. E. , the postfire carbon sink is amplified by the CO2 fertilization effect on forest growth