Project

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Water-Carbon interactions in the Earth system

Applicant Humphrey Vincent
Number 194464
Funding scheme Return CH Postdoc.Mobility
Research institution Geographisches Institut Universität Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy
Start/End 01.01.2021 - 31.12.2021
Approved amount 115'384.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy
Environmental Research

Keywords (19)

satellite observations; Earth system; carbon cycle; drought; photosynthesis; water cycle; climate modeling; climate change; soil moisture; vegetation water content; terrestrial water storage; ecohydrology; biogeosciences; climatology; biogeochemistry; sun-induced fluorescence; vegetation optical depth; GNSS; GNSS reflectometry

Lay Summary (French)

Lead
Les écosystèmes terrestres absorbent chaque année environ 30% des émissions de dioxyde de carbone résultant des activités humaines, permettant ainsi à de ralentir le rythme du changement climatique. A l’heure actuelle, l’évolution future de ces puits naturels de carbone constitue l’une des principales sources d’incertitude dans les modèles climatiques utilisés pour prévoir les conséquences de la hausse de la concentration des gaz à effet de serre. En particulier, la vulnérabilité de ces écosystèmes aux événements extrêmes tels que les sécheresses est encore relativement méconnue à l’échelle globale. Le but de ce projet de recherche est de combiner plusieurs types d’observations par satellite afin d’améliorer notre compréhension de l’impact des sécheresses sur la capacité des écosystèmes à absorber et stocker le dioxyde de carbone.
Lay summary

Contenu et objectifs du travail de recherche

Le principal objectif de recherche de ce projet est d’utiliser des observations par satellite pour mieux comprendre la sensibilité des écosystèmes face aux sécheresses, tout en comparant ces résultats avec les modèles climatiques actuels. En particulier, nous souhaitons i) améliorer notre compréhension des mécanismes par lesquels les différents biomes réagissent aux sécheresses, en particulier selon qu’il s’agisse d’un déficit d’humidité dans les sols ou dans l’air, et ii) diagnostiquer d’éventuelles divergences entre modèles et observations. Nous chercherons également iii) à développer de nouvelles méthodes d'observation du stress hydrique dans les forêts également applicables à l'échelle locale. Notamment, nous développerons une méthode d'observation basée sur l'atténuation des signaux de positionnement par satellite (signaux GPS), qui permettra de mesurer bien plus facilement et de façon continue le contenu en eau de la végétation.

Contexte scientifique et social du projet de recherche

Ce projet de recherche générera des informations essentielles permettant d’améliorer et de calibrer efficacement un large éventail de modèles environnementaux à l’aide d’observations par satellite récentes et innovantes. L’intégration de ces nouvelles observations dans les modèles climatiques permettra d’affiner les projections (scénarios climatiques) qui servent aujourd’hui de base aux négociations inter-gouvernementales sur le changement climatique. Elle permettra également de mieux surveiller l'évolution des puits de carbone naturels et d’améliorer les prévisions à court terme de l’impact des sécheresses sur les forêts et l’agriculture à l'échelle régionale.

Direct link to Lay Summary Last update: 27.10.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Continuous ground monitoring of vegetation optical depth and water content with GPS signals
HumphreyVincent, FrankenbergChristian (2022), Continuous ground monitoring of vegetation optical depth and water content with GPS signals, na-na.
Detecting forest response to droughts with global observations of vegetation water content
Konings Alexandra G., Saatchi Sassan S., Frankenberg Christian, Keller Michael, Leshyk Victor, Anderegg William R. L., Humphrey Vincent, Matheny Ashley M., Trugman Anna, Sack Lawren, Agee Elizabeth, Barnes Mallory L., Binks Oliver, Cawse‐Nicholson Kerry, Christoffersen Bradley O., Entekhabi Dara, Gentine Pierre, Holtzman Nataniel M., Katul Gabriel G., Liu Yanlan, Longo Marcos, Martinez‐Vilalta Jordi, McDowell Nate, Meir Patrick, et al. (2021), Detecting forest response to droughts with global observations of vegetation water content, in Global Change Biology, 27(23), 6005-6024.
G‐RUN ENSEMBLE: A Multi‐Forcing Observation‐Based Global Runoff Reanalysis
Ghiggi G., Humphrey V., Seneviratne S. I., Gudmundsson L. (2021), G‐RUN ENSEMBLE: A Multi‐Forcing Observation‐Based Global Runoff Reanalysis, in Water Resources Research, 57(5), e2020WR028.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Prof. Xiangtao Xu, Cornell University United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Research Infrastructure
Prof. Jeffrey D. Wood, University of Missouri United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Prof. Christian Frankenberg, California Institute of Technology United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Dr. Sean Burns, University of Colorado Boulder United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Ankit Shekhar, ETH Zürich Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
American Geophysical Union Fall Meeting Poster B25I-1601 - Monitoring Vegetation Optical Depth and Canopy Water Content with GPS Signals: First Results 13.12.2021 New Orleans, United States of America Humphrey Vincent;
AmeriFlux 2021 ET Workshop Talk given at a conference Continuous observation of canopy water content changes with GPS sensors 02.11.2021 Virtual, United States of America Humphrey Vincent;
AmeriFlux Annual Meeting Poster Continuous observation of canopy water content changes with GPS sensors 20.09.2021 Virtual, United States of America Humphrey Vincent;
Remote Sensing Colloquium, University of Zürich Individual talk Remote sensing of droughts and their impact on terrestrial ecosystems 04.05.2021 Zürich, Switzerland Humphrey Vincent;
European Geoscience Union General Assembly Talk given at a conference Continuous observation of canopy water content changes with GPS sensors 19.04.2021 Virtual, Austria Humphrey Vincent;
1. Workshop of the Inter-Commission Committee on Geodesy for Climate Research (ICCC) of the International Association of Geodesy (IAG) Talk given at a conference Climate models for geodesy: an introduction 29.03.2021 Virtual, Germany Humphrey Vincent;


Self-organised

Title Date Place

Abstract

There are large uncertainties in our understanding of the terrestrial carbon cycle which currently limit our ability to monitor and predict sources and sinks of carbon dioxyde at regional to global scales. Although interactions between the water and the carbon cycles play an important role in regulating carbon uptake by the biosphere, they are still very poorly represented in current Earth system models, partly due to the lack of observational constraints.The overarching goal of this research project is to make use of recent and innovative satellite observations in order to improve our understanding and model representation of the interactions between plant carbon uptake and moisture limitation (through e.g. the sensitivity of photosynthesis to present and future droughts). The proposed research activities will focus on the use and development of water-carbon coupling diagnostics, as a response to the challenge posed by the lack of direct comparability between satellite observations and Earth system model outputs.
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