A model to assess the emission of individual isoprenoids emitted from Italian ecosystems

Abstract

The amount of Biogenic Volatile Organic Compounds (BVOCs) emitted from terrestrial vegetation is of great importance in atmospheric reactivity, particularly, for ozone-forming reactions and as condensation nuclei in aerosol formation and growth (Kavouras et al., 1998). This work presents a detailed inventory for VOCs emissions from vegetation in Italy using an innovative approach. A Geographic Information System (GIS) model was developed to estimate the species-specific BVOC emissions from dominant plant species. The number and type of BVOCs together with the individual values of basal emissions considered in the model were obtained by combining the results obtained in laboratory experiments with those published in literature. The model is unique because until now, biogenic emissions have been expressed only in terms of isoprene and total monoterpenes altogether, while our method provides maps of isoprene and individual monoterpenes at a high-spatial and temporal resolution (~1 km2 and daily time resolutions respectively). The model also introduces the effects of phenological changes of the plant in the emission algorithms of BVOC. Our results show that: a) the main monoterpenes species emitted from Italian forest ecosystems are sabinene and a-pinene; b) annual biogenic isoprene and monoterpene fluxes for the year 2006 were ~27.90 Gg C and ~33.47 Gg C, respectively; c) isoprene, a-pinene, sabinene and b-pinene are the most important compounds emitted from vegetation in Italy; and d) Q. pubescens+Q. petrea+Q. robur, Q. ilex, Q. suber and Fagus sylvatica are the principal BVOC emitting species in the country. The high spatial and temporal resolution, combined with the species-specific emission output, makes the model particularly suitable for assessing local budgets, and for modelling photochemical oxidant at the scale where the ozone pollution is relevant in Italy. An interesting application of the model is the assessment of BVOC emissions due to land use changes produced by biomass burning. This is done through the development of modules to estimate the emissions of pyrogenic and biogenic VOCs.

L’emissione di Composti Organici Volatili di origine Biogenica (BVOCs) dalla vegetazione terrestre è di grande importanza nella chimica atmosferica, in particolare, nelle reazioni di formazione di ozono, dei nuclei di condesazione e nella formazione e crescita di aerosol (Kavouras et al., 1998). Questo lavoro, basato su di un approccio innovativo, presenta un inventario dettagliato delle emissioni di VOCs dalla vegetazione italiana,. L’emissione specie specifica di BVOC dalle specie vegetali dominanti è state stimata attraverso lo sviluppo di un modello GIS (Sistema di Informazione Geografico) . Il numero e tipo di BVOCs, assieme ai valori individuali delle emissioni basali considerati nel modello, sono stati ottenuti combinando i risultati degli esperimenti di laboratorio con quelli pubblicati in letteratura. Il modello è unico, perché fino ad ora, le emissioni biogeniche sono state espresse solo in termini di isoprene e monterpeni totali, mentre il nostro metodo fornisce mappe di isoprene e monoterpeni individuali ad alta risoluzione spaziale e temporale (~1 km2 e giornaliera, rispettivamente). Il modello introduce anche gli effetti dei cambiamenti fenologici delle piante negli algoritmi di emissione di BVOC. I nostri risultati mostrano che: a) le principali specie di monoterpeni negli ecosistemi italiani sono sabinene e α-pinene; b) le stime annuali di isoprene e monoterpeni per l’anno 2006 sono state ~27.90 GgC e ~33.47 GgC, rispettivamente; c) isoprene, α-pinene, sabinene and β-pinene sono i composti più importanti emessi dalla vegetazione in Italia; d) Q. pubescens+Q. petrea+Q. robur, Q. ilex, Q. suber e Fagus sylvatica sono le principali specie emettitrici di BVOC nel paese. La elevata risoluzione spaziale e temporale, combinata con le emissioni specie-specifiche di output, rende il modello particolarmente adatto per la valutazione dei bilanci locali, e per la modellizzazione della reattività degli ossidanti fotochimici alla scala in cui l’inquinamento da ozono è rilevante in Italia. Una interessante applicazione del modello è la valutazione delle emissioni di BVOC dovute ai cambiamenti di uso del suolo generati da incendi, che può essere realizzata attraverso lo sviluppo di moduli per la stima di emissioni di VOC prirogeniche e biogeniche.