Carbon Storage and Sequestration

Deze indicator schat de hoeveelheid koolstof die in het landschap ligt opgeslagen (opslag) en de verandering daarvan tussen zichtjaren (vastlegging). De indicator is toegevoegd voor het NL2120-werk (Team Veen, issue #483) en wordt gevoed door een koolstoftabel die door Deltares is aangeleverd.

Opslag is de staande koolstofvoorraad van een cel in een bepaald jaar, uitgedrukt in ton koolstof per hectare. Vastlegging is het verschil in opslag tussen twee opeenvolgende zichtjaren, waarbij een positieve waarde netto opname is en een negatieve waarde netto uitstoot. De resultaten worden gerapporteerd als CO2 door koolstof te vermenigvuldigen met 44/12.

Concept en rekenregels

Elke landgebruiksklasse heeft een jaarlijkse opbouwsnelheid van koolstof (Cseq, ton C per hectare per jaar) en een maximale voorraad die de klasse kan vasthouden (Cmax, ton C per hectare). De voorraad van een cel ontwikkelt zich in de tijd op basis van het landgebruik en de verstreken periode, begrensd door het maximum. De regels van Deltares zijn veralgemeniseerd tot een stapsgewijze recursie over de zichtjaren.

In het basisjaar wordt aangenomen dat elke cel op het maximum van zijn landgebruiksklasse zit, wat een evenwichtssituatie als startpunt voorstelt. Voor elke volgende stap volgt de nieuwe voorraad uit de vorige voorraad als volgt. Als het landgebruik niet verandert, groeit de voorraad met de opbouwsnelheid over de verstreken periode, begrensd door het maximum. Als het landgebruik verandert naar een klasse met een lager maximum dan de huidige voorraad, bijvoorbeeld van natuur naar landbouw of naar een verhard stedelijk oppervlak, valt de voorraad direct terug naar dat nieuwe, lagere maximum. Als het landgebruik verandert naar een klasse met een hoger maximum, bijvoorbeeld van landbouw naar natuur, groeit de voorraad vanaf het moment van verandering met de nieuwe opbouwsnelheid, begrensd door het nieuwe maximum.

Of de reeds aanwezige bodemkoolstof wordt meegenomen bij een opbouwende overgang, wordt geregeld door een parameter (build_on_inherited). De standaard volgt de letterlijke regel van Deltares, die de opbouw bij de overgang op nul reset in plaats van bij de vorige voorraad op te tellen. Het meenemen van de aanwezige voorraad is fysisch mogelijk beter verdedigbaar (To be discussed).

Koolstofwaarden per landgebruiksklasse

De carbonklassen en hun waarden volgen de Deltares-tabel (Carbon_stock_RuimtescannerFIN.xlsx). Cmax gebruikt kolom E (Naturescot en WUR). De InVEST-waarde (kolom D) is behouden omdat die sterk afwijkt voor veen (hoogveen 200 tegen 930) en bepalend is voor een veenbalans. De laatste kolom geeft de LGN-klasse waarmee elke carbonklasse correspondeert, en vormt de basis voor de vertaling in het basisjaar.

CC	Carbonklasse (Femke)	Cseq C/ha/jr	Cmax E ton C/ha	InVEST D ton C/ha	LGN-code	LGN-klasse
1	Primaire wegen & spoorwegen	0	0	3	251	hoofdinfrastructuur en Spoorbaanlichamen
2	Secundaire wegen	0	0	4	252	halfverharde wegen / langzaam verkeer
3	Overige wegen/ondoorlatende spoorlijnen	0	0	6	253	smalle wegen
4	Glastuinbouw	0	0	15	8	Glastuinbouw
5	Dichtbebouwde stedelijke gebieden	0	0	15	18	bebouwing in primair bebouwd gebied
6	Voorstadsbebouwing (suburbaan)	0	0	33	19	bebouwing in secundair bebouwd gebied
7	Bebouwing in buitengebied	0	0	28	26	bebouwing in buitengebied
8	Zonneparken	0	0	18	29	zonneparken
9	Bos in primair bebouwd gebied (loofbos)	1.8	200	225	20	bos in primair bebouwd gebied
10	Bos in primair bebouwd gebied (naaldbos)	0.5	200	192	20	bos in primair bebouwd gebied
11	Bos in primair bebouwd gebied (gemengd)	1.1	200	207	20	bos in primair bebouwd gebied
12	Kleine bospercelen in bebouwd gebied	1.1	200	166	22	bos in secundair bebouwd gebied
13	Kale grond in bebouwd gebied	0	0	6	27	overig Grondgebruik in buitengebied
14	Gras in primair bebouwd gebied	0.18	75	57	23	gras in primair bebouwd gebied
15	Gras in secundair bebouwd gebied	0.18	75	68	28	gras in secundair bebouwd gebied
16	Grote zoetwaterlichamen (meren)	0	0	2	16	zoet water
17	Kleine zoetwater (sloten/poelen)	0	0	6	16	zoet water
18	Riet en watervegetatie	0	50	55	42	rietvegetatie
19	Kust-/estuariumwater	0	0	3	17	zout water
20	Zilte schorren / brakgetijdenvlakten	1.5	63	123	30	kwelders
21	Getijdengeulen / begroeide platen	1.5	15	72	30	kwelders
22	Hoogveen (veenmoeras)	0.22	200	930	39	hoogveen
23	Bos in hoogveengebied	1.1	200	467	40	bos in hoogveengebied
24	Tijdelijk agrarisch grasland	0.18	75	83	1	agrarisch gras
25	Permanent agrarisch grasland	0.18	75	111	1	agrarisch gras
26	Overig agrarisch grasland / weiland	0.18	75	90	47	overig gras
27	Mais	0	50	55	2	mais
28	Aardappelen	0	50	38	3	aardappelen
29	Suikerbieten	0	50	46	4	bieten
30	Wintergranen	0	50	42	5	granen
31	Zomergranen	0	50	35	5	granen
32	Peulvruchten	0	50	39	6	overige Landbouwgewassen
33	Koolzaad (raapzaad)	0	50	42	6	overige Landbouwgewassen
34	Uien / lage bladgroenten	0	50	28	6	overige Landbouwgewassen
35	Wortel- en knolgewassen	0	50	33	6	overige Landbouwgewassen
36	Industriele akkerbouwgewassen	0	50	39	6	overige Landbouwgewassen
37	Vollegrondsgroenten	0	50	41	6	overige Landbouwgewassen
38	Overige akkerbouwgewassen	0	50	39	6	overige Landbouwgewassen
39	Bloembollen	0	50	28	10	bloembollen
40	Boomkwekerij / sierbomen	0.92	125	128	61	boomkwekerijen
41	Fruitbomen / boomgaarden	0.92	125	117	9	Boomgaarden
42	Overige tuinbouw	0	50	59	6	overige Landbouwgewassen
43	Kale landbouwgrond / braak	0	0	15	27	overig Grondgebruik in buitengebied
44	Loofbos (natuur/produktiebos)	1.8	200	275	11	loofbos
45	Naaldbos	0.5	200	238	12	naaldbos
46	Gemengd bos	1.1	200	256	11	loofbos
47	Droge heide	0.19	100	53	36	heide
48	Struikgewas / kreupelhout	0.18	87	80	323	overige struikvegetatie (laag)
49	Duinen (begroeid)	0	28	36	32	duinen met lage vegetatie
50	Kale grond in natuurgebied	0	0	18	35	open stuifzand en/of rivierzand
51	Overig open begroeid natuurgebied	0.18	75	77	47	overig gras

Landgebruik in een zichtjaar

Het landgebruik van elke cel in een zichtjaar, en daarmee de carbonklasse, komt uit drie bronnen met een vaste volgorde.

Gealloceerde cellen gaan voor. In de huidige NL2120-runs alloceert het model alleen nieuwe stedelijke functies. Overal waar de allocatie een functie heeft geplaatst (Stand/Subsector_rel is gedefinieerd) krijgt de cel de carbonklasse Dichtbebouwde stedelijke gebieden. Omdat die klasse een opbouwsnelheid en een maximum van nul heeft, verliest een gealloceerde cel zijn staande koolstof, wat verharding voorstelt. Een overgang van landbouw naar stedelijk levert dus nul op zonder verdere boekhouding.

Nieuwe natuur wordt exogeen opgelegd in plaats van gealloceerd. In het eerste allocatiejaar krijgt de opgelegde natuur zijn carbonklasse uit het beheertypenraster via INL_Beheertype. Het opleggen van natuur en water gebruikt een masker op NatuurType-niveau (NatuurType/IsExogeenOpTeLeggen), terwijl de koolstofwaarde op beheertype-niveau wordt gelezen, wat het veendetail behoudt (zie de volgende paragraaf).

Alle overige cellen houden hun basisjaar-carbonklasse, die uit het LGN-raster volgt via de LGN-relatie in de carbonklassentabel. De vorige voorraad voor de recursie is de basisjaarwaarde in het startjaar, en het resultaat van de voorgaande stap in latere jaren.

Nieuwe natuur vertalen naar carbonklassen

Nieuwe natuur wordt aangeleverd als beheertypen (INL Index Natuur en Landschap). De vertaling naar carbonklassen gebeurt op beheertype-niveau. De mapping volgt waar mogelijk het LHM-landgebruikstype: loofbos naar Loofbos (44), naaldbos naar Naaldbos (45), expliciete gemengd-bos subtypes naar Gemengd bos (46), open water en vennen naar de zoetwaterklasse (16), kaal zand en strand naar Kale grond in natuurgebied (50), en natuurlijke graslanden en schraallanden (N10 tot en met N13) naar Overig open begroeid natuurgebied (51). De veentypen zijn bewust op de hoge veenwaarden gehouden. Een paar toewijzingen zijn een keuze die in de classificatie kan worden aangepast: vochtige heide (N06.04) is op Droge heide (47) gezet omdat de tabel geen natte-heideklasse heeft, vennen (N06.05 en N06.06) op de zoetwaterklasse omdat hun staande voorraad vrijwel nul is en de veenbodem door SOMERS wordt afgehandeld, wilgengriend (N17.05) op Struikgewas (48), en de omvormingstypen (N00.01 en N00.02) op Kale grond (50) als placeholder omdat die cellen nog geen staande natuurvoorraad zijn.

De volledige vertaaltabel staat hieronder. De koolstofwaarden per doelklasse staan in de tabel in de vorige paragraaf.

Beheertype	Naam	CC	Carbonklasse
N00.01	Nog om te vormen naar natuur	50	Kale grond in natuurgebied
N00.02	Omvorming - Kwaliteitsimpuls	50	Kale grond in natuurgebied
N01.01	Zee en wad	19	Kust-/estuariumwater
N01.02	Duin- en kwelderlandschap	49	Duinen (begroeid)
N01.03	Rivier- en moeraslandschap	18	Riet en watervegetatie
N01.04	Zand- en kalklandschap	51	Overig open begroeid natuurgebied
N02.01	Rivier	16	Grote zoetwaterlichamen (meren)
N03.01	Beek en bron	16	Grote zoetwaterlichamen (meren)
N04.01	Kranswierwater	16	Grote zoetwaterlichamen (meren)
N04.02	Zoete plas	16	Grote zoetwaterlichamen (meren)
N04.03	Brak water	16	Grote zoetwaterlichamen (meren)
N04.04	Afgesloten zeearm	16	Grote zoetwaterlichamen (meren)
N05.01	Moeras (vervallen per 2021)	18	Riet en watervegetatie
N05.01.02	Landriet	18	Riet en watervegetatie
N05.01.03	Waterriet	18	Riet en watervegetatie
N05.01.06	Moerasstruweel	48	Struikgewas / kreupelhout
N05.01.07	Moerasloofbos	23	Bos in hoogveengebied
N05.01.11	Galigaanmoerassen	18	Riet en watervegetatie
N05.01.13	Open zand	50	Kale grond in natuurgebied
N05.01.14	Slikkige rivieroever	50	Kale grond in natuurgebied
N05.02	Gemaaid rietland	18	Riet en watervegetatie
N05.03	Veenmoeras	22	Hoogveen (veenmoeras)
N05.04	Dynamisch moeras	18	Riet en watervegetatie
N06.01	Veenmosrietland en moerasheide	22	Hoogveen (veenmoeras)
N06.02	Trilveen	22	Hoogveen (veenmoeras)
N06.03	Hoogveen	22	Hoogveen (veenmoeras)
N06.04	Vochtige heide	47	Droge heide
N06.05	Zwakgebufferd ven	16	Grote zoetwaterlichamen (meren)
N06.06	Zuur ven of hoogveenven	16	Grote zoetwaterlichamen (meren)
N07.01	Droge heide	47	Droge heide
N07.02	Zandverstuiving	50	Kale grond in natuurgebied
N08.01	Strand en embryonaal duin	50	Kale grond in natuurgebied
N08.02	Open duin	49	Duinen (begroeid)
N08.02.01	Zeereep en strand	50	Kale grond in natuurgebied
N08.02.02	Stuivend duinzand	50	Kale grond in natuurgebied
N08.02.03	Witte duinen	49	Duinen (begroeid)
N08.02.07	Droog duingrasland kalkrijk	49	Duinen (begroeid)
N08.02.08	Droog duingrasland kalkarm	49	Duinen (begroeid)
N08.02.11	Duinstruweel	48	Struikgewas / kreupelhout
N08.02.15	Duingrasland	49	Duinen (begroeid)
N08.03	Vochtige duinvallei	51	Overig open begroeid natuurgebied
N08.04	Duinheide	47	Droge heide
N09.01	Schor of kwelder	20	Zilte schorren / brakgetijdenvlakten
N10.01	Nat schraalland	51	Overig open begroeid natuurgebied
N10.02	Vochtig hooiland	51	Overig open begroeid natuurgebied
N11.01	Droog schraalgrasland	51	Overig open begroeid natuurgebied
N12.01	Bloemdijk	51	Overig open begroeid natuurgebied
N12.02	Kruiden- en faunarijk grasland	51	Overig open begroeid natuurgebied
N12.03	Glanshaverhooiland	51	Overig open begroeid natuurgebied
N12.04	Zilt- en overstromingsgrasland	51	Overig open begroeid natuurgebied
N12.05	Kruiden- en faunarijke akker	51	Overig open begroeid natuurgebied
N12.06	Ruigteveld	51	Overig open begroeid natuurgebied
N13.01	Vochtig weidevogelgrasland	51	Overig open begroeid natuurgebied
N13.02	Wintergastenweide	51	Overig open begroeid natuurgebied
N14.01	Rivier- en beekbegeleidend bos	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N14.02	Hoog- en laagveenbos	23	Bos in hoogveengebied
N14.03	Haagbeuken- en essenbos	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N15.01	Duinbos	45	Naaldbos
N15.01.01	Duinbos -- gemengd bos	46	Gemengd bos
N15.01.02	Duinbos -- loofbos	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N15.01.03	Duinbos -- naaldbos	45	Naaldbos
N15.02	Dennen-, eiken- en beukenbos	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N15.02.01	-- gemengd bos	46	Gemengd bos
N15.02.02	-- loofbos	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N15.02.03	-- naaldbos	45	Naaldbos
N16.01	Droog bos met productie (vervallen)	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N16.01.01	-- gemengd	46	Gemengd bos
N16.01.02	-- loofbos	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N16.01.03	-- naaldbos	45	Naaldbos
N16.02	Vochtig bos met productie (vervallen)	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N16.03	Droog bos met productie	45	Naaldbos
N16.03.01	-- gemengd bos	46	Gemengd bos
N16.03.02	-- loofbos	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N16.03.03	-- naaldbos	45	Naaldbos
N16.04	Vochtig bos met productie	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N16.04.01	-- gemengd bos	46	Gemengd bos
N16.04.02	-- loofbos	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N16.04.03	-- naaldbos	45	Naaldbos
N17.01	Vochtig hakhout en middenbos (vervallen)	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N17.02	Droog hakhout	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N17.03	Park- en stinzenbos	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N17.04	Eendenkooi	44	Loofbos (natuur/produktiebos)
N17.05	Wilgengriend	48	Struikgewas / kreupelhout
N17.06	Vochtig en hellinghakhout	44	Loofbos (natuur/produktiebos)

Berekening van opslag en vastlegging

De berekening is geimplementeerd in de template CarbanStorageSequestration_T, die per zichtjaar wordt geinstantieerd. De lengte van de periode komt uit de Zichtjaar-classificatie. De carbonklasse per cel voor het huidige jaar (LU_CC_rel) en het vorige jaar (prevLU_CC_rel) bepalen een opbouwsnelheid (Cseq_Zichtjaar) en een maximum (Cmax_Zichtjaar) die uit de carbonklassentabel worden gelezen.

De voorraadrecursie is:

attribute<ton_ha> Cstock_Zichtjaar (AdminDomain) :=
      !IsLUchanged
      ? min_elem(Cstock_Prev + Periode * Cseq_Zichtjaar, Cmax_Zichtjaar)
      : (Cmax_Zichtjaar <= Cstock_Prev)
          ? Cmax_Zichtjaar
          : min_elem((build_on_inherited ? Cstock_Prev : 0[ton_ha]) + Periode * Cseq_Zichtjaar, Cmax_Zichtjaar);

De eerste tak is het geval zonder verandering, de tweede is een overgang naar een lager maximum (verlies), en de derde is een overgang naar een hoger maximum (winst).

De indicator levert twee grootheden naast elkaar. De vastlegging (seq) is het verschil tussen de huidige en de vorige voorraad over de periode; de opslag (stock) is de staande voorraad zelf in het zichtjaar. Beide worden met 44/12 naar CO2 omgerekend en met het celoppervlak (AdminDomain/NrHaPerCell) naar een absolute hoeveelheid per cel:

// Vastlegging (flow over de periode) -- kan negatief (uitstoot) of positief (opname) zijn
attribute<ton_ha> Cseq_ThisPeriod_ha     (AdminDomain) := Cstock_Zichtjaar - Cstock_Prev;
attribute<ton_ha> CO2seq_ThisPeriod_ha   (AdminDomain) := Cseq_ThisPeriod_ha * C_to_CO2;
attribute<ton>    CO2seq_ThisPeriod      (AdminDomain) := CO2seq_ThisPeriod_ha * AdminDomain/NrHaPerCell;

// Opslag (staande voorraad in het zichtjaar) -- niveau, >= 0
attribute<ton_ha> CO2stock_ThisPeriod_ha (AdminDomain) := Cstock_Zichtjaar * C_to_CO2;
attribute<ton>    CO2stock_ThisPeriod    (AdminDomain) := CO2stock_ThisPeriod_ha * AdminDomain/NrHaPerCell;

Uitvoer

Voor elk zichtjaar schrijft de indicator twee gemaskeerde GeoTIFFs weg (beperkt tot het studiegebied):

• CarbanStorageSequestration_seq_{Zichtjaar}_tonCO2_{StudyArea}.tif -- de vastlegging (flow) over de periode: netto CO2-opname (positief) of -uitstoot (negatief) sinds het vorige zichtjaar.
• CarbanStorageSequestration_stock_{Zichtjaar}_tonCO2_{StudyArea}.tif -- de opslag (stock): de staande CO2-voorraad in het zichtjaar zelf.

Het basisjaar schrijft naar de basisjaarmap, latere jaren naar de casusmap.

Let op het verschil tussen flow en stock. De vastlegging is een verschil over een enkele periode en is dus 0 in een zichtjaar waarin het landgebruik (en daarmee de voorraad) niet verandert -- bijvoorbeeld in 2120 wanneer de allocatie tot stilstand is gekomen. De opslag toont dan nog steeds de volledige staande voorraad. Voor een eindjaar-vergelijking is daarom de stock-laag het meest informatief; de seq-laag toont enkel de mutatie van dat decennium. (De seq- en stock-uitvoer zijn om deze reden gesplitst.)

Veen en de relatie met SOMERS

Deze indicator beschrijft de staande koolstofvoorraad, dat wil zeggen biomassa en de ondiepe bodempool. De diepe veenoxidatieflux door ontwatering wordt apart gemodelleerd in SOMERS. De twee mogen niet zonder controle van de afbakening bij elkaar worden opgeteld, omdat beide veen raken. De keuze voor kolom E begrenst hoogveen op 200 ton C per hectare, wat past bij een vegetatie- en topsoilpool en niet bij de volledige veenkolom (kolom D geeft 930). Het behouden van het beheertype-detail zorgt ervoor dat nieuwe veennatuur de hoogveenwaarde meekrijgt in plaats van een verdund natuurgemiddelde.

Aannames en te bevestigen punten

De basisjaarvoorraad is gelijkgesteld aan het maximum van elke cel, wat evenwicht veronderstelt. De opbouwende overgang reset de opbouw (build_on_inherited is False), volgens de letterlijke Deltares-regel; het meenemen van de aanwezige bodemkoolstof is het alternatief. De koolstoftabel is in ton koolstof en CO2 volgt uit 44/12. Omdat meerdere carbonklassen dezelfde LGN-code kunnen delen, geeft de basisjaarvertaling vanuit LGN een enkele representatieve carbonklasse per LGN-klasse terug. De persistentie van exogeen opgelegde natuur over meerdere zichtjaren moet worden geverifieerd voor runs met meer dan een allocatiejaar. Diverse hierboven genoemde beheertype-toewijzingen zijn keuzes die in de classificatie kunnen worden herzien.