[論文レビュー] Low latency carbon budget analysis reveals a large decline of the land carbon sink in 2023

Piyu Ke, Philippe Ciais+14 more|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2024

Atmospheric and Environmental Gas Dynamics被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、2023年のグローバルな陸上炭素吸収源に急激な減少が見られたことを明らかにした。炭素吸収量はわずか0.44 ± 0.21 GtC yr⁻¹にとどまり、2003年以来で最も弱い水準であった。その主な要因はアマゾン、カナダ、東南アジアにおける極端な干ばつと森林火災であり、化石燃料由来の排出増加はわずか0.6%にとどまった。衛星データ、大気逆問題（OCO-2）、動的植生モデルを統合した低遅延炭素予算フレームワークを用いた分析により、エラニーニョ現象に伴う記録的な熱ストレスがエコシステムの炭素損失を引き起こしたことが判明した。

ABSTRACT

In 2023, the CO2 growth rate was 3.37 +/- 0.11 ppm at Mauna Loa, 86% above the previous year, and hitting a record high since observations began in 1958, while global fossil fuel CO2 emissions only increased by 0.6 +/- 0.5%. This implies an unprecedented weakening of land and ocean sinks, and raises the question of where and why this reduction happened. Here we show a global net land CO2 sink of 0.44 +/- 0.21 GtC yr-1, the weakest since 2003. We used dynamic global vegetation models, satellites fire emissions, an atmospheric inversion based on OCO-2 measurements, and emulators of ocean biogeochemical and data driven models to deliver a fast-track carbon budget in 2023. Those models ensured consistency with previous carbon budgets. Regional flux anomalies from 2015-2022 are consistent between top-down and bottom-up approaches, with the largest abnormal carbon loss in the Amazon during the drought in the second half of 2023 (0.31 +/- 0.19 GtC yr-1), extreme fire emissions of 0.58 +/- 0.10 GtC yr-1 in Canada and a loss in South-East Asia (0.13 +/- 0.12 GtC yr-1). Since 2015, land CO2 uptake north of 20 degree N declined by half to 1.13 +/- 0.24 GtC yr-1 in 2023. Meanwhile, the tropics recovered from the 2015-16 El Nino carbon loss, gained carbon during the La Nina years (2020-2023), then switched to a carbon loss during the 2023 El Nino (0.56 +/- 0.23 GtC yr-1). The ocean sink was stronger than normal in the equatorial eastern Pacific due to reduced upwelling from La Nina's retreat in early 2023 and the development of El Nino later. Land regions exposed to extreme heat in 2023 contributed a gross carbon loss of 1.73 GtC yr-1, indicating that record warming in 2023 had a strong negative impact on the capacity of terrestrial ecosystems to mitigate climate change.

研究の動機と目的

• 化石燃料排出の増加が最小限にとどまったにもかかわらず、記録的なCO2増加率（3.37 ppm yr⁻¹）となった2023年のグローバル炭素予算を、低遅延手法を用いて迅速に評価すること。
• 特に熱帯地域および高緯度地域において顕著に弱体化した陸上炭素吸収源の原因を特定すること。
• 地域ごとの炭素フラックス異常を、上向き（大気逆問題）と下向き（植生モデル、火災排出）の推定値の両方で一致させる。
• 極端な気象現象（特に干ばつ、熱波、森林火災）が2023年の陸上炭素吸収に与えた影響を定量化すること。
• 2023年の移行期におけるエルニーニョおよびラニーニャ現象といった気候モードが、陸上および海洋炭素吸収源に与える影響を評価すること。

提案手法

• 複数のデータストリームとモデルを統合した低遅延炭素予算フレームワークを採用し、迅速かつ一貫性のある炭素フラックス推定値を提供した。
• OCO-2衛星による大気中のCO2測定値と大気逆問題システムを組み合わせ、上向きの地域的炭素フラックスを導出した。
• 動的グローバル植生モデル（DGVM）と衛星ベースの火災排出データを用いて、下向きの陸上炭素フラックスを推定した。
• 海洋生物地球化学モデルのエミュレータとデータ駆動型海洋フラックス推定値を適用し、グローバル炭素予算を閉じた。
• 2015年から2022年の間の地域的フラックス異常を、上向きと下向きの手法の歴史的整合性と照合して検証した。
• 温度異常データを生態系生産性と関連付けることで、極端な熱ストレスが全炭素損失に与える寄与度を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 化石燃料排出がわずか0.6%増加したにもかかわらず、なぜ2023年のCO2増加率が記録的（3.37 ppm yr⁻¹）となったのか？
• RQ2 2023年の陸上炭素吸収源は歴史的トレンドと比べてどう異なったのか。その減少の地域的要因は何か？
• RQ3 極端な干ばつ、森林火災、熱ストレスが、陸上炭素吸収の弱体化にどの程度寄与したのか？
• RQ4 2023年にラニーニャからエルニーニョに移行したことで、熱帯および高緯度地域の炭素フラックスにどのような影響があったか？
• RQ5 2023年の炭素フラックス異常について、上向き（大気逆問題）と下向き（植生モデル、火災排出）の推定値はどの程度整合しているか？

主な発見

• 2023年のグローバルな陸上炭素吸収源は0.44 ± 0.21 GtC yr⁻¹であり、2003年以来で最も弱く、陸上炭素吸収能力の著しい低下を示している。
• アマゾン地域では、2023年後半の深刻な干ばつにより炭素損失が0.31 ± 0.19 GtC yr⁻¹に達し、グローバルな吸収源の減少に最も寄与した。
• カナダにおける極端な火災排出は0.58 ± 0.10 GtC yr⁻¹に達し、バーリン地域の陸上炭素吸収源を顕著に弱体化させた。
• 東南アジアは干ばつと泥炭地燃焼と関連し、炭素損失0.13 ± 0.12 GtC yr⁻¹を示した。
• 北緯20°N以北の陸上炭素吸収源は半減し、1.13 ± 0.24 GtC yr⁻¹にまで低下した。これは高緯度生態系における炭素吸収の減少を示している。
• 2023年の極端な熱ストレスにより、熱ストレスを受ける陸上地域からの全炭素損失は1.73 GtC yr⁻¹に達し、生態系が気候極端にいかに脆いかを浮き彫りにした。