Décryptage des variations de gaz à effet de serre à Xianghe, Chine

2023-2024
De nouvelles recherches mettent en lumière les principales sources de gaz à effet de serre (GES) observées sur le site de Xianghe, près de Pékin, en Chine. Grâce à des mesures au sol de haute précision et au modèle de transport atmosphérique WRF-GHG, les chercheurs de l’IASB ont pu identifier les secteurs qui contribuent le plus aux concentrations de CO2 et de CH4: activités industrielles, agriculture, production d’énergie et biosphère.

Les conditions météorologiques jouent également un rôle majeur, par exemple en transportant de l’air pollué depuis la Grande plaine de Chine du Nord. Ces résultats offrent une meilleure compréhension de la dynamique régionale des GES et permettent d’affi12ner les évaluations climatiques.

Observations à Xianghe

Le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4) sont des gaz clés dans le changement climatique. Comprendre leurs sources et leur comportement dans l’atmosphère est essentiel. Pourtant, en Chine — l’un des plus grands émetteurs mondiaux — ces mesures au sol restent encore limitées.

Depuis 1974, le site de Xianghe, exploité par l’Institut de Physique Atmosphérique de l’Académie des Sciences de Chine, recueille des données atmosphériques sur de nombreux composés. Situé en zone suburbaine à proximité de Pékin, il se trouve dans une région densément peuplée et fortement industrialisée.

Grâce à l’expertise de l’IASB, un nouvel instrument de haute précision a été installé, permettant les mesures au sol du CO2, du CH4 et du monoxyde de carbone (CO) depuis 2018. Les observations sont réalisées selon deux approches :

  • Télédétection: mesure la quantité totale de gaz dans la colonne atmosphérique, depuis le sol jusqu’au sommet de l’atmosphère.
  • Mesures in situ: enregistrent les concentrations détaillées près de la surface.

Les observations par télédétection font partie du réseau mondial Total Carbon Column Observation Network (TCCON), qui contribue au suivi à long terme de l’atmosphère et à la validation des données satellitaires.

Le modèle WRF-GHG

Afin de mieux comprendre les variations observées des gaz à effet de serre à Xianghe, nous avons appliqué un modèle de transport atmosphérique appelé WRF-GHG (Weather Research and Forecast model for Greenhouse Gases) à cette région.

Cet outil permet de distinguer les différents facteurs en jeu: émissions industrielles, production d’énergie, activités agricoles ou simples fluctuations météorologiques?  

En simulant une année complète de concentrations de CO2 et de CH4 et en comparant les résultats avec les observations (colonne et surface), nous pouvons identifier les processus les plus déterminants.

Résultats

Les analyses montrent que les concentrations de CH4 sont principalement influencées par les activités agricoles, le chauffage résidentiel, l’extraction de combustibles fossiles et la gestion des déchets, tandis que les variations de CO2 sont liées aux émissions industrielles, à la production d’énergie et aux échanges avec la biosphère.

La météo est également décisive: les vents de sud-ouest amènent de l’air pollué depuis la Grande plaine de Chine du Nord, tandis que les vents du nord transportent un air plus propre en provenance de régions éloignées comme la Mongolie intérieure, augmentant ou diminuant ainsi les concentrations à Xianghe.

Le modèle a reproduit avec succès de nombreux schémas observés et apporté un éclairage sur la dynamique régionale des GES. Les recherches en cours utilisent ce modèle pour vérifier les émissions de CO2 et CH4 en Belgique dans le cadre du projet VERBE.

 

Référence

Callewaert, S., Zhou, M., Langerock, B., Wang, P., Wang, T., Mahieu, E., and De Mazière, M.: A WRF-Chem study of the greenhouse gas column and in situ surface concentrations observed at Xianghe, China. Part 1: Methane (CH4), EGUsphere [preprint], https://doi.org/10.5194/egusphere-2024-3228, 2024.

Illustration de Pékin
Illustration de Pékin
Les gaz à effet de serre (GES) tels que le dioxyde de carbone (CO₂) et le méthane (CH₄) jouent un rôle clé dans le changement climatique, d'où l'importance cruciale de comprendre leurs sources et leur comportement dans l'atmosphère. Cependant, les mesures au sol de ces gaz sont encore relativement limitées en Chine, l'un des plus grands émetteurs de GES au monde. Source : pexels.com, photo de Zhang Kaiyv.
Carte de la Chine du Nord
Carte de la Chine du Nord avec l’emplacement du site de Xianghe (étoile rouge). Les points noirs indiquent les plus grandes villes de la région.
Série chronologique CO2 Xianghe en juillet-août 2019
(a) Série temporelle des concentrations en colonne de CO2 mesurées (rouge) et simulées (noir) à Xianghe en juillet-août 2019. La zone gris clair correspond à une période de concentrations élevées.
(b) Contribution des différents composants qui, avec la pollution de fond (non représentée), composent la concentration totale simulée par le modèle.
(c) Température simulée à 2 m au site.
Ces figures montrent que le pic de CO2 coïncide avec des vents venant de l’ouest (flèches en bas du panneau a), une absorption plus faible de CO2 par la biosphère (ligne verte dans b) et des températures plus élevées (panneau c). Cet épisode est dû à l’advection d’une masse d’air chaude et riche en CO2 en provenance du désert de Gobi, entraînant une vague de chaleur.