Modeling CO2 emissions from boreal lakes in present and future
In this work, carbon dioxide (CO2) dynamics in boreal lakes were studied using
vertical process-based coupled physical-biogeochemical lake models. Many lakes
in the boreal zone are at present supersaturated with the greenhouse gas CO2 and
emit it to the atmosphere. Transport of terrestrially produced organic carbon to
boreal lakes and its in-lake degradation is predicted to increase under the ongoing
climate change, and lakes may be even greater CO2 sources to the atmosphere in
the future.
Two process-based models of different complexity were developed for the simulation
of carbon cycling in lakes. The models are based on a one-dimensional
vertical lake model called MyLake, which simulates lake thermal conditions and
phosphorus-phytoplankton dynamics. The applications of each model to humic
boreal lakes were calibrated and validated with comprehensive measurements of
water column CO2 concentration. The performance of the simpler model was found
to be inadequate, partially because of the unusual behavior of the phytoplankton
community in the study lake, but the output of the more advanced model agreed
well with measurements. Further, the applicability of different parameterizations
for the gas exchange velocity for CO2 incorporated into the more advanced model
was assessed. None of the applied parameterizations resulted in an improved lake
model performance regarding water column CO2 concentration or air-water CO2
flux. The use of more sophisticated and possibly more correct gas exchange models,
on the contrary, led to difficulties in obtaining sufficient gain of CO2 in the
water column.
Impacts of warmer air temperature and climate-induced changes in stream inflow
on CO2 dynamics in a boreal lake between the periods 1980–2009 and 2070–2099
were assessed using projections for air temperature from recent-generation global
climate models with different radiative forcing scenarios and literature estimates
for changes in seasonal stream inflow volume. Also, the effects of additional increases
in the inflow concentrations of CO2 and dissolved organic carbon (DOC)
were compared. The results imply that CO2 concentrations in boreal lakes will be
elevated in future climate and, in consequence, the release of CO2 to the atmosphere
will further increase.
Keywords: lakes, gas exchange, carbon dioxide, modelling, biogeochemistry,
carbon cycling, climate change
...
Työssä tutkittiin pohjoisella havumetsävyöhykkeellä sijaitsevien eli boreaalisten
järvien hiilidioksididynamiikkaa vertikaalisten prosessipohjaisten mallien avulla.
Monet boreaalisen vyöhykkeen järvet ovat ylikyllästyneitä kasvihuonekaasu hiilidioksidin
(CO2) suhteen ja päästävät sitä ilmakehään. On ennustettu, että meneillään
olevan ilmastonmuutoksen vaikutuksesta järviin kulkeutuu yhä enemmän
maaekosysteemeissä syntynyttä orgaanista hiiltä ja että sitä myös hajoaa järvissä
nykyistä enemmän. Tämän johdosta järvet voivat olla tulevaisuudessa yhä merkittävämpiä
ilmakehän CO2-lähteitä.
Työssä kehitettiin kaksi rakenteeltaan erilaista prosessipohjaista mallia, joilla voidaan
simuloida järvien hiilenkiertoa. Mallit pohjautuvat yksiulotteiseen, vertikaaliseen
MyLake-järvimalliin, joka simuloi järven lämpöoloja ja fosfori-kasviplanktondynamiikkaa.
Humuspitoisille boreaalisille järville tehdyt mallisovellukset kalibroitiin
ja niiden toimintakykyä arvioitiin järvien kattavien CO2-pitoisuusmittausten
avulla. Rakenteeltaan yksinkertaisemman mallin suorituskyky oli vaillinainen,
mikä johtui osin tutkimusjärven kasviplanktonyhteisön epätavallisesta käyttäytymisestä,
mutta kehittyneemmän mallin tulokset vastasivat mittauksia melko hyvin.
Työssä selvitettiin myös, kuinka erilaiset CO2:n kaasunsiirtokertoimelle kehitetyt
mallit soveltuvat liitettäväksi kehittyneempään järvimalliin. Mikään näistä malleista
ei tuottanut muita selvästi parempia järvimallin tuloksia veden CO2-pitoisuuden
eikä veden ja ilman välisen CO2-vuon suhteen. Kehittyneempien, mahdollisesti
täsmällisempien kaasunsiirtomallien käyttö sitä vastoin jopa huononsi tuloksia,
sillä mallinnettu veden CO2-pitoisuus jäi liian pieneksi.
Työssä arvioitiin myös, kuinka ilman lämpötilan kasvu ja ilmaston aiheuttamat
tulovirtaaman muutokset kausien 1980–2009 ja 2070–2099 välillä vaikuttavat boreaalisen
järven CO2-dynamiikkaan. Arviossa hyödynnettiin tuoreimpia globaalien
ilmastomallien lämpötilaennusteita eri säteilypakoteskenaarioilla sekä kirjallisuusarvioita
tulovirtaaman vuodenaikaismuutoksista. Lisäksi verrattiin CO2:n ja liuenneen
orgaanisen hiilen tulovirtaamapitoisuuden kasvun vaikutuksia. Tulosten mukaan
boreaalisen vyöhykkeen järvien hiilidioksidipitoisuus kasvaa ja hiilidioksidia
vapautuu ilmakehään yhä enemmän tulevaisuuden ilmasto-oloissa.
Asiasanat: järvet, kaasunvaihto, hiilidioksidi, mallinnus, biogeokemia, hiilenkierto,
ilmastonmuutos
...




ISBN
978-951-39-7777-1ISSN Search the Publication Forum
2489-9003Metadata
Show full item recordCollections
- JYU Dissertations [694]
- Väitöskirjat [3294]
Related items
Showing items with similar title or keywords.
-
The Role of Pronunciation and The Presentation of Problematic Phonemes in Ten Finnish EFL Textbooks
Salenius, Anni (2010)Tutkielmassa käsiteltiin englannin kielen ääntämisen roolia ja ongelmallisten foneemien esiintymistä kymmenessä suomalaisessa englanti vieraana kielenä -oppikirjassa. Suomalaisilla englannin kielen oppijoilla on todettu ... -
Presentation of the English passive in four Finnish upper secondary school EFL textbooks
Hietala, Janne (2013)Kieliopin opettaminen on alusta alkaen ollut keskeinen osa nykyaikaista vieraiden kielten opetusta. Mielipiteitä siitä, kuinka kielioppi määritellään, kuinka sitä tulee opettaa ja onko sen opettaminen ylipäätään tarpeen, ... -
Trajectory analyses of past human land use as a tool to understand present terrestrial mammals' distribution
Polaina, Ester; Gonzalez-Suarez, Manuela; Revilla, Eloy (Open Science Centre, University of Jyväskylä, 2018)Apart from the known environmental factors influencing species distribution at the global scale, additional anthropogenic factors need to be considered in order to understand their current extents of occurrence. Namely, ...