Three essays on carbon cycle and land-atmosphere interactions

Questa tesi analizza il ciclo del carbonio e le interazioni tra la superficie terrestre e l'atmosfera da diverse prospettive modellistiche. In primo luogo, indaga quelle che sono le implicazioni per il budget di carbonio del CH4, rappresentativo in quanto gas climalterante a breve ciclo di vita in atmosfera. Adottando una nuova metrica di conversione per la CO2-eq nello specifico caso di scenari di overshoot, i risultati denotano una errata equivalenza di temperatura, in particolare nel lungo termine e in scenari di rapida mitigazione. Nel secondo capitolo, viene esaminata una componente cruciale del ciclo del carbonio terrestre, la foresta pluviale del bacino amazzonico. Sfruttando i modelli climatici della generazione CMIP6, viene esposta l'influenza dei cambiamenti dello stato medio e della variabilità interannuale sulla produttività e sui flussi di carbonio nell'ecosistema, identificando così i principali fattori di incertezza dei modelli. L'ultimo capitolo della tesi esplora gli effetti biofisici di una simulazione appartenente al progetto LUMIP, in cui una ipotetica afforestazione/riforestazione su larga scala viene attuata come soluzione di mitigazione del cambiamento climatico. Concentrandosi sul bilancio energetico superficiale, si evidenzia come il potenziale di mitigazione più elevato, in merito alle temperature superficiali, possa ottenersi in corrispondenza di ambienti soggetti ad un fattore di limitazione idrica. Viene dimostrato come questo effetto, dovuto a un aumento dei flussi evaporativi, possa determinare un impoverimento delle risorse idriche a scala locale.

This thesis characterizes the carbon cycle and land-atmosphere interactions from different perspectives. First, it investigates the carbon budget implications of the role of CH4, as a short-lived climate pollutant. By adopting a newly developed conversion metric for CO2-eq in overshoot scenarios, results indicate a misrepresentation of the temperature equivalency, particularly on long-term timescales and rapid mitigation pathways. In the second chapter, a crucial component of the terrestrial carbon cycle, the Amazon basin rainforest, is examined. Taking advantage of CMIP6 generation Earth System Models, the influence of mean-state changes and interannual variability on ecosystem productivity are exposed, thus identifying the main factors of models uncertainties. The last chapter of the thesis explores the biophysical effects of a large-scale afforestation/reforestation LUMIP simulation as a climate mitigation solution. Focusing on the surface energy balance reveals that higher mitigation potential, with respect to surface temperatures, is achieved in correlation with water-limited environments, despite the drawback of water resources depletion, due an enhancement of evaporative fluxes.