Quantification des sources de méthane en Sibérie par inversion atmosphérque à la méso-échelle

Quantification of methane sources in Siberia using meso-scale atmospheric inversions

• Auteur / Autrice : Antoine Berchet
• Direction : Frédéric Chevallier, Isabelle Pison
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Météorologie, océanographie physique de l'environnement
• Date : Soutenance le 19/12/2014
• Etablissement(s) : Versailles-St Quentin en Yvelines
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....) - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement
• Jury : Président / Présidente : Guy Cernogora
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Bocquet, Philippe Ricaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sibérie (Russie)

Mesure

Méthane atmosphérique

Mots clés libres

Méthane

Inversion atmosphérique

Transport atmosphérique

Quantification d'erreurs

Methane

Atmospheric inversions

Atmospheric transport

Résumé

Les émissions anthropiques et naturelles de méthane en Sibérie contribuent de manièrenotable, mais mal quantifiée au budget mondial de méthane (3–11% des émissions mondiales).Au Sud de la région, les émissions anthropiques sont liées aux grands centres urbains.Au Nord, l’extraction de gaz et de pétrole en Sibérie occidentale induit d’importantessources anthropiques ponctuelles. Ces régions sont aussi couvertes de vastes zones humidesnaturelles émettant du méthane durant l’été (typiquement de mai à septembre). Nous utilisonsdes inversions atmosphériques régionales à la méso-échelle pour mieux comprendreles contributions de chaque processus dans le budget sibérien. Les inversions souffrent desincertitudes dans les observations, dans la simulation du transport et dans l’amplitude et ladistribution des émissions. Pour prendre en compte ces incertitudes, je développe une nouvelleméthode d’inversion basée sur une marginalisation des statistiques d’erreurs. Je testecette méthode et documente sa robustesse sur un cas test. Je l’applique ensuite à la Sibérie.À l’aide de mesures de concentrations atmosphériques de méthane collectées par des sitesd’observation de surface en Sibérie, j’estime le budget régional de méthane sibérien à 5–28 TgCH4.a−1 (1–5% des émissions mondiales), soit une réduction de 50% des incertitudespar rapport aux précédentes études dans la région. Grâce à cette méthode, je suis de plus enmesure de détecter des structures d’émissions par zones de quelques milliers de km2 et leurvariabilité à une résolution de 2–4 semaines.

Anthopogenic and natural methane emissions in Siberia significantly contribute to theglobal methane budget, but the magnitude of these emissions is uncertain (3–11% of globalemissions). To the South, anthropogenic emissions are related to big urban centres. To theNorth, oil and gas extraction in West Siberia is responsible for conspicuous point sources.These regions are also covered by large natural wetlands emitting methane during the snowfreeseason, roughly from May to September. Regional atmospheric inversions at a meso-scaleprovide a mean for improving our knowledge on all emission process. But inversions sufferfrom the uncertainties in the assimilated observations, in the atmospheric transport modeland in the emission magnitude and distribution. I developp a new inversion method based onerror statistic marginalization in order to account for these uncertainties. I test this methodon case study and explore its robustness. I then apply it to Siberia. Using measurements ofmethane atmospheric concentrations gathered at Siberian surface observation sites, I founda regional methane budget in Siberia of 5–28 TgCH4.a−1 (1–5% of global emissions). Thisimplies a reduction of 50% in the uncertainties on the regional budget. With the new method,I also can detect emission patterns at a resolution of a few thousands km2 and emissionvariability at a resolution of 2–4 weeks.