[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究揭示了2023年全球陆地碳汇出现急剧下降，净吸收量仅为0.44 ± 0.21 GtC yr⁻¹——自2003年以来最弱——主要由亚马孙、加拿大和东南亚地区极端干旱与野火所致，尽管化石燃料排放仅增加0.6%。通过整合卫星数据、大气反演（OCO-2）和动态植被模型的低延迟碳预算框架，分析识别出创纪录的高温胁迫和厄尔尼诺条件是生态系统碳损失的关键驱动因素。

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.

研究动机与目标

• 利用低延迟方法快速评估2023年全球碳预算，以查明尽管化石燃料排放增加微弱，但二氧化碳浓度增长率创纪录达3.37 ppm yr⁻¹的原因。
• 确定导致陆地碳汇前所未有的减弱，特别是在热带和高纬度地区的主要驱动因素。
• 协调顶部向下（大气反演）与底部向上（植被模型、野火排放）在区域尺度上对碳通量异常的估算。
• 量化极端气候事件（尤其是干旱、热浪和野火）对2023年陆地碳吸收的影响。
• 评估厄尔尼诺和拉尼娜等气候模态在2023年过渡期间对陆地和海洋碳汇的调节作用。

提出的方法

• 采用整合多种数据流和模型的低延迟碳预算框架，以实现快速且一致的碳通量估算。
• 将OCO-2卫星大气CO2测量数据与大气反演系统结合，推导出自上而下的区域碳通量。
• 利用动态全球植被模型（DGVMs）和基于卫星的野火排放数据，估算自下而上的陆地碳通量。
• 应用海洋生物地球化学模型的模拟器和数据驱动的海洋通量估算，以闭合全球碳预算。
• 通过历史一致性（2015–2002年）验证区域通量异常，对比顶部向下与底部向上的方法。
• 利用与生态系统生产力相关的温度异常数据，量化极端高温事件对总碳损失的贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管化石燃料排放仅增加0.6%，2023年二氧化碳浓度增长率为何达到创纪录的3.37 ppm yr⁻¹？
• RQ2 2023年陆地碳汇与历史趋势相比如何？其衰减的区域驱动因素是什么？
• RQ3 极端干旱、野火和高温胁迫在多大程度上导致了陆地碳吸收能力的减弱？
• RQ4 2023年从拉尼娜向厄尔尼诺的转变如何影响热带和高纬度地区的碳通量？
• RQ5 2023年，顶部向下（大气反演）与底部向上（植被模型、野火排放）对碳通量异常的估算在多大程度上一致？

主要发现

• 2023年全球陆地碳汇为0.44 ± 0.21 GtC yr⁻¹——自2003年以来最弱——表明陆地碳汇能力出现重大下降。
• 亚马孙地区因2023年下半年严重干旱导致碳损失达0.31 ± 0.19 GtC yr⁻¹，是全球碳汇下降的主要原因。
• 加拿大极端野火排放达到0.58 ± 0.10 GtC yr⁻¹，显著削弱了北方森林区域的陆地碳汇。
• 东南亚地区贡献了0.13 ± 0.12 GtC yr⁻¹的碳损失，与干旱和泥炭地燃烧有关。
• 北纬20°以北的陆地碳汇在2023年减半至1.13 ± 0.24 GtC yr⁻¹，反映出高纬度生态系统碳汇能力下降。
• 2023年极端高温导致受高温胁迫的陆地区域总碳损失达1.73 GtC yr⁻¹，凸显生态系统对气候极端事件的脆弱性。