This paper documents a global Bayesian variational inversion of CO 2 surface fluxes during the period 1988–2008. Weekly fluxes are estimated on a 3.75° × 2.5° (longitude‐latitude) grid throughout the 21 years. The assimilated observations include 128 station records from three large data sets of surface CO 2 mixing ratio measurements. A Monte Carlo approach rigorously quantifies the theoretical uncertainty of the inverted fluxes at various space and time scales, which is particularly important for proper interpretation of the inverted fluxes. Fluxes are evaluated indirectly against two independent CO 2 vertical profile data sets constructed from aircraft measurements in the boundary layer and in the free troposphere. The skill of the inversion is evaluated by the improvement brought over a simple benchmark flux estimation based on the observed atmospheric growth rate. Our error analysis indicates that the carbon budget from the inversion should be more accurate than the a priori carbon budget by 20% to 60% for terrestrial fluxes aggregated at the scale of subcontinental regions in the Northern Hemisphere and over a year, but the inversion cannot clearly distinguish between the regional carbon budgets within a continent. On the basis of the independent observations, the inversion is seen to improve the fluxes compared to the benchmark: the atmospheric simulation of CO 2 with the Bayesian inversion method is better by about 1 ppm than the benchmark in the free troposphere, despite possible systematic transport errors. The inversion achieves this improvement by changing the regional fluxes over land at the seasonal and at the interannual time scales.

Abstract We present an estimate of net ecosystem exchange (NEE) of CO 2 in Europe for the years 2001–2007. It is derived with a data assimilation that uses a large set of atmospheric CO 2 mole fraction observations (∼70 000) to guide relatively simple descriptions of terrestrial and oceanic net exchange, while fossil fuel and fire emissions are prescribed. Weekly terrestrial sources and sinks are optimized (i.e., a flux inversion) for a set of 18 large ecosystems across Europe in which prescribed climate, weather, and surface characteristics introduce finer scale gradients. We find that the terrestrial biosphere in Europe absorbed a net average of −165 Tg C yr −1 over the period considered. This uptake is predominantly in non‐EU countries, and is found in the northern coniferous (−94 Tg C yr −1 ) and mixed forests (−30 Tg C yr −1 ) as well as the forest/field complexes of eastern Europe (−85 Tg C yr −1 ). An optimistic uncertainty estimate derived using three biosphere models suggests the uptake to be in a range of −122 to −258 Tg C yr −1 , while a more conservative estimate derived from the a‐posteriori covariance estimates is −165±437 Tg C yr −1 . Note, however, that uncertainties are hard to estimate given the nature of the system and are likely to be significantly larger than this. Interannual variability in NEE includes a reduction in uptake due to the 2003 drought followed by 3 years of more than average uptake. The largest anomaly of NEE occurred in 2005 concurrent with increased seasonal cycles of observed CO 2 . We speculate these changes to result from the strong negative phase of the North Atlantic Oscillation in 2005 that lead to favorable summer growth conditions, and altered horizontal and vertical mixing in the atmosphere. All our results are available through http://www.carbontracker.eu