Top Banner
ECMWF COPERNICUS REPORT Copernicus Atmosphere Monitoring Service Validation report for the CO 2 fluxes estimated by atmospheric inversion, FT18r1 Version 1.0 Issued by: CEA / Frédéric Chevallier Date: 11/07/2019 REF.: CAMS73_2018SC1_D73.4.6.32019v1_201907_Validation FT inversion CO2 fluxes_v1
14

Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

Aug 25, 2020

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

ECMWF  COPERNICUS  REPORT  

     

Copernicus Atmosphere Monitoring Service  

             

Validation  report  for  the  CO2  fluxes  estimated  by  atmospheric  inversion,  FT18r1    Version  1.0  

                           

Issued  by:  CEA  /  Frédéric  Chevallier  

Date:  11/07/2019  

REF.:  CAMS73_2018SC1_D73.4.6.3-­‐2019-­‐v1_201907_Validation  FT  inversion  CO2  

fluxes_v1  

   

Page 2: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  

       

Author   2  of  14  

                                                                             

This  document  has  been  produced  in  the  context  of  the  Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  (CAMS).  The  activities  leading  to  these  results  have  been  contracted  by  the  European  Centre  for  Medium-­‐Range  Weather  Forecasts,  operator  of  CAMS  on  behalf  of  the  European  Union  (Delegation  Agreement  signed  on  11/11/2014).  All  information  in  this  document  is  provided  "as  is"  and  no  guarantee  or  warranty  is  given  that  the  information  is  fit  for  any  particular  purpose.  The  user  thereof  uses  the  information  at  its  sole  risk  and  liability.  For  the  avoidance  of  all  doubts,  the  European  Commission  and  the  European  Centre  for  Medium-­‐Range  Weather  Forecasts  has  no  liability  in  respect  of  this  document,  which  is  merely  representing  the  authors  view.  

Page 3: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  

       

Author   3  of  14  

 

Contributors          

CEA  Frédéric  Chevallier    

                                                 

Page 4: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  

       

Author   4  of  14  

     

Table  of  Contents  

1.   Introduction   5  

2.   Inversion  configuration   5  

3.   Assimilated  data   6  

4.   Evaluation   7  

4.1  Fit  to  the  unassimilated  surface  measurements   7  4.2  Fit  to  unassimilated  aircraft  measurements   8  4.3  Fit  to  TCCON  GGG2014   9  

Acknowledgements   11  

References   11  

   

     

   

Page 5: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  

       

Author   5  of  14  

1.  Introduction    The   inversion  system  that  generates  the  CAMS  global  CO2  atmospheric  inversion  product   is  called  PyVAR.  It  has  been  initiated,  developed  and  maintained  at  CEA/LSCE  within  CAMS  and  its  precursor  projects  GEMS/MACC/MACC-­‐II/MACC-­‐III  (Chevallier  2019a,  and  references  therein).      Here,  we  synthesize  the  evaluation  of  version  FT18r1  that  was  released  in  July  2019.  Version  FT18r1  covers   the   period   between   September   2014   and  December   20181  and   is   constrained   by   satellite  retrievals  from  the  second  Orbiting  Carbon  Observatory  (OCO-­‐2).  ‘FT’  stands  for  Fast  Track,  since  the  satellite  observations  are  available  faster  than  most  surface  measurements:  it  is  planned  to  update  and  extend  this  inversion  faster  and  more  often  than  the  surface-­‐driven  inversion.    The  presentation  of  the  evaluation  procedure  is  primarily  based  on  the  fit  of  the  inversion  posterior  simulation   to   large   databases   of   atmospheric   observations:   ObsPack   Globalview+   v4.2.1   of  Cooperative   Global   Atmospheric   Data   Integration   Project   (2019),   ObsPack   NRT   v4.4.1   of   NOAA  Carbon  Cycle  Group  ObsPack  Team  (2019),  ObsPack  INPE_RESTRICTED  v2.0  of  NOAA  Carbon  Cycle  Group  ObsPack  Team  (2018)  and  the  Total  Carbon  Column  Observing  Network  (TCCON)  GGG2014  archive  (Wunch  et  al.  2011).  In  all  cases  we  compare  the  results  with  those  obtained  by  the  latest  CAMS  surface-­‐driven  inversion,  v18r2  (Chevallier,  2019b).  More  scientific  detail  can  be  found  in  the  study  that  prepared  FT18r1  (Chevallier  et  al.,  2019).    Section  2  describes  the  PyVAR-­‐CO2  configuration  that  was  used  to  assimilate  the  retrievals  described  in  Section  3.  Section  4  presents  the  evaluation  synthesis.    

2.  Inversion  configuration    The  transport  model  in  PyVAR-­‐CO2  is  the  global  general  circulation  model  LMDz  in  its  version  LMDz6A  (Remaud  et  al.  2018),  that  uses  the  deep  convection  model  of  Emanuel  (1991).  This  version  has  a  regular  horizontal  resolution  of  3.75o  in  longitude  and  1.875o  in  latitude,  with  39  hybrid  layers  in  the  vertical.      The  inferred  fluxes  are  estimated  in  each  horizontal  grid  point  of  the  transport  model  with  a  temporal  resolution  of  8  days,  separately  for  day-­‐time  and  night-­‐time.  The  state  vector  of  the  inversion  system  is  therefore  made  of  a  succession  of  global  maps  with  9,200  grid  points.  Per  month  it  gathers  73,700  variables   (four  day-­‐time  maps  and   four   night-­‐time  maps).   It   also   includes  a  map  of   the   total  CO2  columns  at  the  initial  time  step  of  the  inversion  window  in  order  to  account  for  the  uncertainty  in  the  initial  state  of  CO2.    The  prior  values  of  the  fluxes  combine  estimates  of  (i)  gridded  annual  anthropogenic  emissions  (EC-­‐JRC/PBL  EDGAR  version  4.2,  CDIAC  and  GCP),  (ii)  monthly  ocean  fluxes  (Landschützer  et  al.  20182),  3-­‐                                                                                                                1  Observations  after  December  2018  are  used  to  constrain  the  year  2018  better,  but  fluxes  for  those  months  are  not  publicly  distributed.  2  This  database  covers  the  period  1982-­‐2017.  We  use  the  monthly  values  for  the  year  2017  after  it.  

Page 6: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  

       

Author   6  of  14  

hourly   (when   available)   or   monthly   biomass   burning   emissions   (GFED   4.1s   until   2016   and   GFAS  afterwards)  and  climatological  3-­‐hourly  biosphere-­‐atmosphere  fluxes  taken  as  the  1989-­‐2010  mean  of  a  simulation  of  the  ORganizing  Carbon  and  Hydrology  In  Dynamic  EcosystEms  model  (ORCHIDEE,  Krinner  et  al.  2005),  version  1.9.5.2.  The  mass  of  carbon  emitted  annually  during  specific  fire  events  is  compensated  here  by  the  same  annual  flux  of  opposite  sign  representing  the  re-­‐growth  of  burnt  vegetation,  which   is  distributed   regularly   throughout   the  year.  The  gridded  prior   fluxes  exhibit  3-­‐hourly   variations   but   their   inter-­‐annual   variations   over   land   are   only   caused   by   anthropogenic  emissions.  This  feature  was  explicitly  demanded  by  some  users  who  wanted  the  interannual  signals  in  the  inverted  natural  fluxes  to  be  strictly  driven  by  the  atmospheric  measurements.    Over  land,  the  errors  of  the  prior  biosphere-­‐atmosphere  fluxes  are  assumed  to  dominate  the  error  budget   and   the   covariances   are   constrained   by   an   analysis   of   mismatches   with   in   situ   flux  measurements   (Chevallier   et   al.   2006,   2012):   temporal   correlations   on   daily   mean   Net   Carbon  Exchange   (NEE)  errors  decay  exponentially  with  a   length  of  one  month  but  night-­‐time  errors  are  assumed   to   be   uncorrelated  with   daytime   errors;   spatial   correlations   decay   exponentially  with  a  length   of   500   km;   standard   deviations   are   set   to   0.8   times   the   climatological   daily-­‐varying  heterotrophic  respiration  flux  simulated  by  ORCHIDEE  with    a  ceiling  of  4  gC·∙m-­‐2  per  day.  Over  a  full  year,  the  total  1-­‐sigma  uncertainty  for  the  prior  land  fluxes  amounts  to  about  3.0  GtC·∙yr-­‐1.  The  error  statistics  for  the  open  ocean  correspond  to  a  global  air-­‐sea  flux  uncertainty  about  0.5  GtC·∙yr-­‐1  and  are  defined  as  follows:  temporal  correlations  decay  exponentially  with  a  length  of  one  month;  unlike  land,  daytime  and  night-­‐time  flux  errors  are  fully  correlated;  spatial  correlations  follow  an  e-­‐folding  length  of  1000  km;  standard  deviations  are  set  to  0.1  gC·∙m-­‐2  per  day.  Land  and  ocean  flux  errors  are  not  correlated.  

3.  Assimilated  data    OCO-­‐2  is  a  NASA  satellite  that  was  launched  in  July  2014  (Eldering  et  al.  2017).  It  orbits  around  the  Earth  from  pole  to  pole  with  a  local  crossing  time  at  the  Equator  in  the  early  local  afternoon.  It  carries  a  spectrometer  that  measures  the  sunlight  reflected  by  the  Earth  and  its  atmosphere  in  the  near-­‐infrared/   shortwave   infrared   spectral   regions,  with  high   spectral   resolution   (>~  20,000)   such   that  individual  gas  absorption  lines  are  resolved.  OCO-­‐2  provides  spatially  dense  data  with  a  narrow  swath  and  with  footprints  of  a  few  km2.  We  use  NASA’s  Atmospheric  CO2  Observations  from  Space  (ACOS)  bias-­‐corrected  retrievals  of  the  column-­‐average  CO2  dry  air-­‐mole  fraction  (XCO2),  version  9  (O’Dell  et  al.,  2018;  Kiel  et  al.,  2019)  from  September  2014  until  April  2019.      We  add  a  trend  of  +0.1  ppm/a  to  the  retrievals  further  to  some  advice  from  the  ACOS  team  (O’Dell,  personal  communication,  2019)  and  we  remove  a  +0.2  ppm  offset  based  on  our  own  assessment  of  the  retrievals.  Our  mean  correction  is  therefore  about  zero  on  average  over  the  first  two  years  of  scientific  measurement  and  slightly  positive  afterwards.      To  reduce  data  volume  without  loss  of  information  at  the  scale  of  a  global  model,  glint  and  nadir  OCO-­‐2   retrievals   have   been   averaged   in   10-­‐s   bins   following   the   approach   defined   by   the   Model  Intercomparison  Project  (MIP)  of  OCO-­‐2  (Crowell  et  al.,  2019).  The  retrieval  averaging  kernels,  prior  

Page 7: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  

       

Author   7  of  14  

profiles  and  Bayesian  uncertainty  are  accounted  for  in  the  assimilation.  The  interpolation  procedure  between  the  model  vertical  grid  and  the  retrieval  grid  is  described  in  Section  2.2  of  Chevallier,  2015).      We  also  introduce  a  transport  uncertainty  term,  based  on  the  variability  across  several  models  at  the  OCO-­‐2   sounding   locations   (Crowell   et   al.,   2019).   Last,   in   order   to   account   for   likely   correlations  between  the  transport  model  errors  at  the  sub-­‐grid  scale,  we  de-­‐weigh  the  binned  retrievals  that  fall  within  a  same  grid  box  for  a  same  orbit  by  inflating  the  assigned  error  variance  (σ2)  by  the  number  of  retrievals  in  the  box.    Maps  of  the  coverage  of  the  OCO-­‐2  retrievals  are  shown   in  O’Dell  et  al.   (2018).  We  only  consider  “good”  retrievals  as  identified  by  variable  xco2_quality_flag.  Though  the  ocean  biases  in  OCO-­‐2  have  been  substantially  reduced  since  the  initial  version  7  (O’Dell  et  al.  2018),  initial  inversion  tests  using  OCO-­‐2  ocean  observations  still  produced  highly  unrealistic  results  (annual  global  ocean  sinks  about  5  GtC·∙a-­‐1,  to  be  compared  with  the  much  smaller  state-­‐of-­‐the-­‐art  estimates  in  Le  Quéré  et  al.,  2018)  and  are  hence   left  out  of  this  work  (as  are   retrievals  over   inland  water  or  over  mixed   land-­‐water  surfaces).      

4.  Evaluation    We  have  run  the  LMDz  global  transport  model  using  the  surface  fluxes  and  the  initial  CO2  state  inferred  by  the  inversion  as  boundary  conditions  and  now  compare  it  with  various  independent  observations.  

4.1  Fit  to  the  unassimilated  surface  measurements    We  first  consider  the  surface  measurements  assimilated  in  the  CAMS  surface-­‐driven  inversion,  v18r2  (Chevallier,  2019b).  Figure  1  shows  the  posterior  root  mean  square  (RMS)  and  bias  of  the  model-­‐minus-­‐measurement  difference  (for  FT18r1)  as  a  function  of  the  corresponding  error  statistics  that  we  have  assigned  at  each  assimilated  data  in  v18r2.  Measurement  error  is  negligible  here  and  the  assigned  error  statistics  refer  to  transport  model  errors  and  to  representation  errors.  As  expected,  the  inversion  fits  the  data  less  well  than  the  inversion  that  assimilated  them  (Figure  3  of  Chevallier,  2019b),   but   the   RMS   is   still   overall   better   than   the   assigned   observation   uncertainty.   Biases   are  usually  less  than  2  ppm  in  absolute  value.  Sites  CIB  (Centro  de  Investigacion  de  la  Baja  Atmosfera,  ES),  ELL  (Estany  Llong,  ES),  TIK  (Hydrometeorological  Observatory  of  Tiksi,  RU),  UTA  (Wendover,  Utah,  US)  and  TAP  (Tae-­‐ahn  Peninsula,  KR)  show  larger  RMS  differences  than  the  other  sites.      The  mean  bias  at  station  Mauna  Loa,  Hawaii  (MLO)  is  -­‐0.5  ppm.  Over  the  four  years  2015-­‐2018,  FT18r1  fits  the  annual  trend  of  globally-­‐averaged  marine  measurements  (http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/,  access  5  June  2019)  with  a  bias  of  -­‐0.02  ppm/a  and  a  standard  deviation3  of  0.11  ppm/a    4.      

                                                                                                               3  With  4  samples  only,  the  standard  deviation  estimate  has  hardly  any  statistical  meaning.  4  We  assume  a  conversion  factor  of  2.086  GtC·∙ppm-­‐1,  from  Prather  (2012).  

Page 8: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  

       

Author   8  of  14  

Figure  1  -­‐  Statistics  of  the  differences  between  the  posterior  inversion  simulation  and  individual  surface  measurements  as  a  function  of  the  assigned  observation  error  standard  deviation  for  each  measurement  site.  The  statistics  cover  the  full  assimilation  period,  starting  in  September  2014  and  including  the  first  months  of  2019.  

 

4.2  Fit  to  unassimilated  aircraft  measurements      Following  the  approach  defined  in  Chevallier  et  al.  (2019),  we  now  focus  on  the  continuous  or  flask  dry  air  mole  fraction  measurements  made  by  aircraft  in  the  free  troposphere.  The  free  troposphere  is   simply   defined   here   as   the   atmospheric   layer   between   2   and   7   km   above   sea   level.   The  measurements  are  all  from  ObsPack  Globalview+  v4.2.1,  NRT  v4.4.1  and  INPE_RESTRICTED  v2.0  for  the   period   2014-­‐2018.   All   model   equivalents   to   individual   Globalview+   v4.2.1   data   are   publicly  available   from   http://dods.lsce.ipsl.fr/invsat/CAMS/FT18r1_GV+4.2.1.txt   or   on   request   to  copernicus-­‐[email protected].    Apart  from  the  Amazonian  campaigns,  biases  do  not  exceed  0.6  ppm  for  FT18r1  (Figure  2).  FT18r1  and  v18r2  have  usually  similar  biases.  Larger  differences  between  the  two  inversions  are  seen  for  the  campaigns   at   Rarotonga,   Cook   Islands   (RTA),   at   Pantanal,   Brazil   (PAN),   for   the   Comprehensive  Observation  Network   for  TRace  gases  by  AIrLiner   (CON)  and  at  Alaska  Coast  Guard   (ACG),  where  FT18r1  performs  less  well  by  a  few  tenths  of  ppm    5.  FT18r1  clearly  outperforms  v18r2  at  Park  Falls,  Wisconsin  (LEF).  There  is  no  obvious  latitudinal  trend  (even  when  reporting  the  sign  of  the  biases),  and   therefore   no   obvious   flaw   of   the   model   vertical   mixing   (Stephens   et   al.,   2007).   Standard  deviations  are  very  similar  between  the  two  inversions.    When  taking  all  free  tropospheric  aircraft  campaigns  together,  irrespective  of  their  data  number,  the  posterior  simulation  deviates  from  the  

                                                                                                               5  We  do  not  count  MRC  here  because  this  campaign  in  Pennsylvania  includes  7  measurements  only  at  our  altitudes.  

Page 9: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  

       

Author   9  of  14  

measurements   by   0.0±1.5   ppm   (bias   ±   standard   deviation),  which   is  within   the   specification   (key  performance  indicator)  of  the  CAMS  CO2  inversion.    Figure  2  -­‐  Model-­‐minus-­‐observation  absolute  differences  and  standard  deviations  per  measurement  program  for  FT18r1  and  v18r2.  The  number  of  measurement  per  site,  campaign  or  program  varies  between  7  (MRC)  and  290,361  (ACT).  The  programs  are  ranked  by  increasing  mean  latitude  (North  is  on  the  right),  irrespective  of  their  latitudinal  coverage  (which  is  large  of  several  tens  of  degrees  for  ORC,  TOM  and  CON).  These  mean  latitudes  are  shown  in  the  middle  of  the  panel.  The  statistics  cover  the  period  December  2014-­‐December  2018.  

 

4.3  Fit  to  TCCON  GGG2014      Figure  3  shows  the  misfit  statistics  for  the  column  retrievals  at  each  TCCON  station.  Results  for  versions  FT18r1  (OCO-­‐2-­‐driven)  and  v18r2  (surface-­‐driven)  are  both  displayed.  For  the  comparison,  the  model  has  been  convolved  with  the  retrieval  averaging  kernels.  All  available  TCCON  station  records  are  shown  for  the  sake  of  completeness,  but  sites  Pasadena,  JPL  and  Paris  are  located  in  urban  areas  that  are  not  well  represented  at  the  horizontal  resolution  of  the  transport  model  (3.75o  in  longitude  and  1.875o  in  latitude):  in  this  case  the  statistics  logically  show  large  negative  model  biases  about  -­‐1  ppm.  Apart  from  these  urban  stations,  we  also  note  large  absolute  biases  (about  1  ppm)  for  the  OCO-­‐2-­‐driven  inversions  at  the  European  and  Canadian  stations,  while  the  surface-­‐driven  inversion  performs  slightly  better  there.    For  the  other  sites,  no  inversion  product  clearly  outperforms  the  other  one.  In  non-­‐urban  sites,  the  standard  deviation  is  usually  about  1  ppm,  but  it  reaches  2  ppm  at  the  Zugspitze  mountain  site  for  both  inversions.  We  note  that  the  model  usually  fits  TCCON  retrievals  better  than  the  satellite  retrievals  presented  by  Wunch  et  al.  (2017).      

Page 10: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  

       

Author   10  of  14  

Figure  3  -­‐  Statistics  of  the  difference  between  the  posterior  model  and  individual  TCCON  measurements,  ordered  by  increasing  latitude  indices  in  the  LMDz  model.  A  site  may  appear  several  times  if  several  instruments  have  been  used  over  time  there.  The  statistics  cover  the  period  September  2014  –  January  2019.  

     

Page 11: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  

       

Author   11  of  14  

Acknowledgements      The  author  is  very  grateful  to  the  many  people  involved  in  the  surface  and  aircraft  CO2  measurements  and  in  the  archiving  of  these  data  that  were  kindly  made  available  to  him  by  various  means.  The  OCO-­‐2  data  have  been  obtained  from  http://co2.jpl.nasa.gov.  They  were  produced  by  the  OCO-­‐2  project  at  the  Jet  Propulsion  Laboratory,  California  Institute  of  Technology.  This  work  benefited  from  the  kind  help  and  advice  from  the  OCO-­‐2  Science  Team.  TCCON  data  were  obtained  from  the  TCCON  Data  Archive,   operated   by   the   California   Institute   of   Technology   from   the   website   at  http://tccon.ornl.gov/.   Obspack   data   were   obtained   from  https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/obspack/.   Mass   fluxes   for   the   LMDz   transport   model   have  been  provided  by  M.  Remaud.  Some  of  this  work  was  performed  using  HPC  resources  of  DSM-­‐CCRT  and  of  CCRT  under  allocation  A0050102201  made  by  GENCI  (Grand  Équipement  National  de  Calcul  Intensif).  

References    Chevallier,  F.,  N.  Viovy,  M.  Reichstein,  and  P.  Ciais:  On  the  assignment  of  prior  errors   in  Bayesian  inversions  of  CO2  surface  fluxes.  Geophys.  Res.  Lett.,  33,  L13802,  doi:10.1029/2006GL026496,  2006.    Chevallier,  F.,  T.  Wang,  P.  Ciais,  F.  Maignan,  M.  Bocquet,  A.  Arain,  A.  Cescatti,  J.-­‐Q.  Chen,  H.  Dolman,  B.  E.  Law,  H.  A.  Margolis,  L.  Montagni,  and  E.  J.  Moors:  What  eddy-­‐covariance  flux  measurements  tell  us   about   prior   errors   in   CO2-­‐flux   inversion   schemes.   Global   Biogeochem.   Cy.,   26,   GB1021,  doi:10.1029/2010GB003974,  2012.    Chevallier,  F.:  On  the  statistical  optimality  of  CO2  atmospheric  inversions  assimilating  CO2  column  retrievals,  Atmos.  Chem.  Phys.,  15,  11133-­‐11145,  https://doi.org/10.5194/acp-­‐15-­‐11133-­‐2015,  2015.      Chevallier,   F.,   Description   of   the   CO2   inversion   production   chain.   CAMS   deliverable  CAMS73_2018SC1_D73.5.2.1-­‐2019_201904_CO2   inversion   production   chain_v1.  http://atmosphere.copernicus.eu/,  2019a.    Chevallier,  F.,  Validation  report  for  the  CO2  fluxes  estimated  by  atmospheric  inversion,  v18r2.  CAMS  deliverable   CAMS73_2018SC1_D73.1.4.1-­‐2018-­‐v1_201907.   http://atmosphere.copernicus.eu/,  2019b.    Chevallier,  F.,  Remaud,  M.,  O'Dell,  C.  W.,  Baker,  D.,  Peylin,  P.,  and  Cozic,  A.:  Objective  evaluation  of  surface-­‐   and   satellite-­‐driven   CO2   atmospheric   inversions,   Atmos.   Chem.   Phys.   Discuss.,  https://doi.org/10.5194/acp-­‐2019-­‐213,  in  review,  2019.      Cooperative  Global  Atmospheric  Data   Integration  Project.   (2019).  Multi-­‐laboratory   compilation  of  atmospheric   carbon   dioxide   data   for   the   period   1957-­‐2017;  obspack_co2_1_GLOBALVIEWplus_v4.2.1_2019-­‐05-­‐20   [Data   set].   NOAA   Earth   System   Research  Laboratory,  Global  Monitoring  Division.  https://doi.org/10.25925/20190520    

Page 12: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  

       

Author   12  of  14  

Crowell,   S.,  Baker,  D.,   Schuh,  A.,  Basu,   S.,   Jacobson,  A.  R.,  Chevallier,   F.,   Liu,   J.,  Deng,   F.,   Feng,   L.,  Chatterjee,  A.,  Crisp,  D.,  Eldering,  A.,  Jones,  D.  B.,  McKain,  K.,  Miller,  J.,  Nassar,  R.,  Oda,  T.,  O'Dell,  C.,  Palmer,  P.  I.,  Schimel,  D.,  Stephens,  B.,  and  Sweeney,  C.:  The  2015–2016  Carbon  Cycle  As  Seen  from  OCO-­‐2  and  the  Global   In  Situ  Network,  Atmos.  Chem.  Phys.  Discuss.,  https://doi.org/10.5194/acp-­‐2019-­‐87,  in  review,  2019.    Eldering,  A.,  Wennberg,  P.,  Crisp,  D.,  Schimel,  D.,  Gunson,  M.,  Chatterjee,  A.,  Liu,  J.,  Schwandner,  F.,  Sun,  Y.,  and  O’Dell,  C.:  The  Orbiting  Carbon  Observatory-­‐2  early  science   investigations  of  regional  carbon  dioxide  fluxes,  Science,  358,  eaam5745,  2017.    Emanuel,  K.:      A      Scheme      for      Representing      Cumulus      Convection  in    Large-­‐Scale    Models,    J.    Atmos.    Sci.,  48,  2313–2329,  doi:10.1175/1520-­‐0469(1991)048<2313:ASFRCC2.0.CO;2,  1991.    Kiel,  M.,  O'Dell,  C.  W.,  Fisher,  B.,  Eldering,  A.,  Nassar,  R.,  MacDonald,  C.  G.,  and  Wennberg,  P.  O.:  How  bias  correction  goes  wrong:  measurement  of  XCO2  affected  by  erroneous  surface  pressure  estimates,  Atmos.  Meas.  Tech.,  12,  2241-­‐2259,  https://doi.org/10.5194/amt-­‐12-­‐2241-­‐2019,  2019.    Krinner,      G.,      Viovy,      N.,      de      Noblet-­‐Ducoudré,      N.,      Ogée,      J.,  Polcher,    J.,    Friedlingstein,    P.,    Ciais,    P.,     Sitch,     S.,     and    Prentice,   I.  C.:  A  dynamic  global   vegetation  model   for   studies  of   the  coupled  atmosphere-­‐biosphere   system,  Global   Biogeochem.   Cy.,   19,  GB1015,   doi:10.1029/2003GB002199,  2005.    Landschützer,  P.,  N.  Gruber  and  D.C.E.  Bakker.  2015.  An  observation-­‐based  global  monthly  gridded  sea  surface  pCO2  product  from  1982  onward  and  its  monthly  climatology  (NCEI  Accession  0160558).  Version   4.4.   NOAA   National   Centers   for   Environmental   Information.   Dataset.  https://doi.org/10.7289/V5Z899N6.  [2019-­‐03-­‐27]    Le   Quéré,   C.,   Andrew,   R.   M.,   Friedlingstein,   P.,   Sitch,   S.,   Hauck,   J.,   Pongratz,   J.,   Pickers,   P.   A.,  Korsbakken,  J.  I.,  Peters,  G.  P.,  Canadell,  J.  G.,  Arneth,  A.,  Arora,  V.  K.,  Barbero,  L.,  Bastos,  A.,  Bopp,  L.,  Chevallier,  F.,  Chini,  L.  P.,  Ciais,  P.,  Doney,  S.  C.,  Gkritzalis,  T.,  Goll,  D.  S.,  Harris,  I.,  Haverd,  V.,  Hoffman,  F.  M.,  Hoppema,  M.,  Houghton,  R.  A.,  Hurtt,  G.,  Ilyina,  T.,  Jain,  A.  K.,  Johannessen,  T.,  Jones,  C.  D.,  Kato,  E.,  Keeling,  R.  F.,  Goldewijk,  K.  K.,  Landschützer,  P.,  Lefèvre,  N.,  Lienert,  S.,  Liu,  Z.,  Lombardozzi,  D.,  Metzl,  N.,  Munro,  D.  R.,  Nabel,  J.  E.  M.  S.,  Nakaoka,  S.-­‐I.,  Neill,  C.,  Olsen,  A.,  Ono,  T.,  Patra,  P.,  Peregon,   A.,   Peters,   W.,   Peylin,   P.,   Pfeil,   B.,   Pierrot,   D.,   Poulter,   B.,   Rehder,   G.,   Resplandy,   L.,  Robertson,   E.,   Rocher,   M.,   Rödenbeck,   C.,   Schuster,   U.,   Schwinger,   J.,   Séférian,   R.,   Skjelvan,   I.,  Steinhoff,  T.,  Sutton,  A.,  Tans,  P.  P.,  Tian,  H.,  Tilbrook,  B.,  Tubiello,  F.  N.,  van  der  Laan-­‐Luijkx,  I.  T.,  van  der  Werf,  G.  R.,  Viovy,  N.,  Walker,  A.  P.,  Wiltshire,  A.  J.,  Wright,  R.,  Zaehle,  S.,  and  Zheng,  B.:  Global  Carbon   Budget   2018,   Earth   Syst.   Sci.   Data,   10,   2141-­‐2194,   https://doi.org/10.5194/essd-­‐10-­‐2141-­‐2018,  2018.      NOAA   Carbon   Cycle   Group  ObsPack   Team   (2018):   INPE   atmospheric   carbon   dioxide   data   for   the  period   2015-­‐2017;   obspack_co2_1_INPE_RESTRICTED_v2.0_2018-­‐11-­‐13;   NOAA   Earth   System  Research  Laboratory,  Global  Monitoring  Division.  http://dx.doi.org/10.25925/20181030.    NOAA   Carbon   Cycle   Group   ObsPack   Team.   (2019).   Multi-­‐laboratory   compilation   of   atmospheric  carbon   dioxide   data   for   the   years   2018-­‐2019;   obspack_co2_1_NRT_v4.4.1_2019-­‐05-­‐31   [Data   set].  

Page 13: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   Copernicus  Atmosphere  Monitoring  Service  

       

Author   13  of  14  

NOAA   Earth   System   Research   Laboratory,   Global   Monitoring   Division.  https://doi.org/10.25925/20190531    O'Dell,  C.  W.,  Eldering,  A.,  Wennberg,  P.  O.,  Crisp,  D.,  Gunson,  M.  R.,  Fisher,  B.,  Frankenberg,  C.,  Kiel,  M.,  Lindqvist,  H.,  Mandrake,  L.,  Merrelli,  A.,  Natraj,  V.,  Nelson,  R.  R.,  Osterman,  G.  B.,  Payne,  V.  H.,  Taylor,  T.  E.,  Wunch,  D.,  Drouin,  B.  J.,  Oyafuso,  F.,  Chang,  A.,  McDuffie,  J.,  Smyth,  M.,  Baker,  D.  F.,  Basu,  S.,  Chevallier,  F.,  Crowell,  S.  M.  R.,  Feng,  L.,  Palmer,  P.  I.,  Dubey,  M.,  García,  O.  E.,  Griffith,  D.  W.  T.,  Hase,  F.,  Iraci,  L.  T.,  Kivi,  R.,  Morino,  I.,  Notholt,  J.,  Ohyama,  H.,  Petri,  C.,  Roehl,  C.  M.,  Sha,  M.  K.,  Strong,  K.,  Sussmann,  R.,  Te,  Y.,  Uchino,  O.,  and  Velazco,  V.  A.:  Improved  retrievals  of  carbon  dioxide  from  Orbiting  Carbon  Observatory-­‐2  with   the  version  8  ACOS  algorithm,  Atmos.  Meas.  Tech.,  11,  6539-­‐6576,  https://doi.org/10.5194/amt-­‐11-­‐6539-­‐2018,  2018.      Remaud,  M.,  Chevallier,  F.,  Cozic,  A.,  Lin,  X.,  and  Bousquet,  P.:  On  the  impact  of  recent  developments  of  the  LMDz  atmospheric  general  circulation  model  on  the  simulation  of  CO2  transport,  Geosci.  Model  Dev.,  11,  4489-­‐4513,  https://doi.org/10.5194/gmd-­‐11-­‐4489-­‐2018,  2018.      Stephens,  B.  B.,  et  al.:  Weak  northern  and  strong  tropical  land  carbon  uptake  from  vertical  profiles  of  atmospheric  CO2,  Science,  316,  1732–1735,  2007.      Wunch,  D.,  Toon,  G.  C.,  Blavier,  J.-­‐F.  L.,  Washenfelder,  R.  A.,  Notholt,  J.,  Connor,  B.  J.,  Griffith,  D.  W.  T.,  Sherlock,  V.,  and  Wennberg,  P.  O.,  The  Total  Carbon  Column  Observing  Network,  Phil.  Trans.  R.  Soc.  A:2011369  2087-­‐2112,  doi10.1098/rsta.2010.0240,  2011.    Wunch,  D.,  Wennberg,  P.  O.,  Osterman,  G.,  Fisher,  B.,  Naylor,  B.,  Roehl,  C.  M.,  O'Dell,  C.,  Mandrake,  L.,  Viatte,  C.,  Kiel,  M.,  Griffith,  D.  W.  T.,  Deutscher,  N.  M.,  Velazco,  V.  A.,  Notholt,  J.,  Warneke,  T.,  Petri,  C.,   De  Maziere,  M.,   Sha,  M.   K.,   Sussmann,   R.,   Rettinger,  M.,   Pollard,  D.,   Robinson,   J.,  Morino,   I.,  Uchino,  O.,  Hase,  F.,  Blumenstock,  T.,  Feist,  D.  G.,  Arnold,  S.  G.,  Strong,  K.,  Mendonca,   J.,  Kivi,  R.,  Heikkinen,   P.,   Iraci,   L.,   Podolske,   J.,   Hillyard,   P.   W.,   Kawakami,   S.,   Dubey,   M.   K.,   Parker,   H.   A.,  Sepulveda,  E.,  García,  O.  E.,  Te,  Y.,  Jeseck,  P.,  Gunson,  M.  R.,  Crisp,  D.,  and  Eldering,  A.:  Comparisons  of  the  Orbiting  Carbon  Observatory-­‐2  (OCO-­‐2)  XCO2  measurements  with  TCCON,  Atmos.  Meas.  Tech.,  10,  2209-­‐2238,  https://doi.org/10.5194/amt-­‐10-­‐2209-­‐2017,  2017.            

Page 14: Validation&report&for&the&CO&fluxes& estimated&by ... · ECMWF&COPERNICUS&REPORT& && & Copernicus Atmosphere Monitoring Service & & & & & & & & Validation&report&for&the&CO 2&fluxes&

   

Copernicus Atmosphere Monitoring Service  

atmosphere.copernicus.eu copernicus.eu ecmwf.int

ECMWF - Shinfield Park, Reading RG2 9AX, UK Contact: [email protected]