NC最新发表—陆地碳预算新方法 | 陆地碳通量的一致预算编制

科技 2024-09-10 00:02 贵州

摘要

准确估算人为土地利用变化（ELUC）和陆地二氧化碳自然汇（SLAND）产生的二氧化碳排放量，对于精确了解还能排放多少二氧化碳以实现《巴黎协定》的目标至关重要。在目前的碳预算中，ELUC 和 SLAND 源自两个模型系列，这两个模型系列在如何将二氧化碳通量归因于环境和土地利用变化方面存在差异，这使得它们的估算在概念上不一致。在这里，我们通过将环境对土地碳的影响整合到一个空间明确的簿记模型中，对 ELUC 和 SLAND 进行了一致的估算。我们发现，最先进的基于过程的模型将 2012-2021 年的 SLAND 高估了 23%（最小值：8%，最大值：33%），因为这些模型包含了假设的汇，而实际上这些汇因历史上的生态系统退化而消失了。此外，考虑到环境影响，2012-2021 年 ELUC 增加了 14%（8%，23%）。总之，我们发现土地净汇较弱，这使得实现碳中和的目标更加宏大。这些结果突出表明，对陆地碳通量进行一致的估计对于评估净零排放承诺的进展和剩余碳预算至关重要。

概述

在这项研究中，我们提出了一种方法来克服目前的不一致的陆地碳预算。我们从DGVM中获得植被和土壤的瞬态碳密度（响应环境条件的变化），并将其实施到土地利用排放模型（BLUE）的簿记中，这是GCB中常规使用的三个簿记模型之一，以提供ELUC估计。这种方法使BLUE能够捕获瞬态环境条件，同时保持簿记方法的可追溯性和灵活性。

根据当前研究进展和目标要求，我们的研究提供了三个基本的进展：

（一）我们提出了一个一致的陆地碳预算的方法，没有遗漏或重复计算通量，直观地将通量归因于自然或人为驱动因素。

（二）我们的发展使空间明确的模型BLUE模拟完整的（自然和人为）陆地碳平衡。

(三)我们提供了所有陆地收支通量的最新估计，包括以前经常被忽视的通量，如生态系统退化造成的汇损失。

结果

环境变化对土地利用变化排放的影响

包括瞬态环境变化对ELUC（ELUC，transs）的影响，与工业化前环境条件下计算的ELUC（ELUC，pi）相比，2012-2021年的平均年排放量增加了28%。与ELUC，pi相比。1850-2021年的累计排放量增ELUC，transs的较高值与植被和土壤对大气CO2浓度上升的响应以及其他潜在的有利环境效应。这反映在大多数生物群落的植被和土壤中碳密度的增加。在森林砍伐和木材采伐时，这些额外的碳被释放，并导致ELUC，transs的值大于ELUC，pi。假设整个模拟期间的当前环境条件（ELUC，pd），这是当前的GCB方法，高估（低估）了基于清单的碳密度日期之前（之后）的ELUC（大约1980年）。因此，在2012-2021年，ELUC，transs超过ELUC，pd14%。

图1：不同环境条件对土地利用变化排放（ELUC）的时空效应

瞬时土地覆盖对天然陆汇的影响

我们的方法允许我们量化短暂土地覆盖下的SLAND（SLAND，transs），2012-2021年全球平均值为-3.0（-3.9，-2.2）GtC yr-1， 1850-2021年累计汇为-225（-296，-160）GtC。这些值与已有研究中的估计值非常一致。SLAND，transs明显较低（即，一个较弱的汇）比SLAND在工业化前土地覆盖SLAND，pi下使用传统方法估计的汇，该方法得出2012-2021年的汇为-3.7（-2.6，-5.2）GtC yr-1。SLAND，transs不包括纯粹假设的CO2通量，这些通量存在于实际上由于LULUCF而损失的生态系统中。

图2：不同土地覆盖假设下的自然土地汇（SLAND）和由此产生的损失汇

就区域而言，在生态系统退化历史悠久的地区，RSS最大，有利的环境影响无法随着时间的推移而积累。特别是，在美国东部和东欧等地，森林砍伐时间较长，增加了RSS。此外，在过去几十年中土地利用受到强烈干扰的地区，如拉丁美洲、非洲和东南亚的许多热带森林地区，已开始对减少汇作出重大贡献。我们确定巴西和东南亚（两者都主要属于热带万年青森林生物群落）是全球汇损失的主要驱动因素（两者的RSS分别为0.1 GtC yr−1）。这主要是由高ELUC解释的和高观测到的生物量的碳储存损失在历史上在两个区域。此外，我们发现南亚（2012-2021年，与SLAND，pi相比，SLAND，trans38%的汇低），东南亚（28%），中美洲（27%）和中国（25%，2012-2021）的RSS最高。相反，在过去两个世纪里重新造林的区域，如中欧和西欧，汇的增加。

图3：不同土地覆盖假设对自然土地汇的影响。

实现对陆地碳预算及其环境和土地使用组成部分的一致估计

我们对陆地净通量的一致BLUE估计为ELUC，transs和SLAND，transs之和，表明陆地是2012-2021年CO2的净汇，达到-1.2（-2.1，-0.5）GtC yr-1。这是一个比TRENDY（2012-2021年为-1.4 ± 0.7 GtC yr-1）和大气逆温系统（2012-2021年为-1.4（-2.0，-0.3）GtC yr-1）估计的略弱的净汇，但与基于大气O2观测的净陆地通量估计（2013-2022年为-1.2 ± 0.8 GtC yr-1）相似。这些净土地通量估计值的总体一致性良好，反映出它们在概念上具有可比性，因为它们都是基于瞬时土地覆盖和瞬时环境条件。相反，GCB估算的净土地通量在概念上有所不同，因为它是簿记ELUC（类似于ELUC，pd）和TRENDYSLAND（类似于SLAND，pi）的总和。因此，GCB估算得出的2012-2021年净汇为-1.9 ± 1.0 GtC yr-1，大于所有其他方法。这突出表明，占短暂的土地覆盖和短暂的环境条件是至关重要的，以准确地估计S土地，ELUC和净土地通量，并调和现有的方法。

图4：来自BLUE、TRENDY和GCB的净陆地通量估算

通过使用BLUE解决陆地碳预算中的不一致性对预算失衡具有重要意义，即估计的化石和LULUCF二氧化碳排放总量与陆地、海洋和大气汇总量之间的不匹配。预算不平衡从-0.4 GtC yr-1变为+0.3 GtC yr-1（2012-2021），与我们的研究结果一致，即GCB中SLAND的高估和ELUC的低估。我们注意到，我们对陆地碳预算的改进并没有使预算不平衡达到零-这是不可能的，因为由于五个预算项中的每一个项的不确定性，在不平衡项中积累了许多（潜在的补偿）误差。相反，我们的研究结果表明存在正的预算不平衡，这意味着估计的碳源大于估计的碳汇。这种不平衡可以用碳预算其他方面的偏见来解释。事实上，最近的一次讨论表明，除了造成不平衡的其他潜在原因外，如果根据基于观测的CO2逸度估计，而不是根据全球海洋生态地球化学模型，对GCB中的海洋汇的估计会更大。一个更大的海洋汇也支持大气反演估计，并将与我们的研究提出的改进ELUC和SLAND估计。因此，我们预计碳预算其他部分的改善将使预算失衡再次接近于零。

图5：使用来自BLUE、TRENDY和GCB的陆地成分的全球碳收支失衡

讨论

通常，陆地碳预算的两个组成部分-ELUC和SLAND-在估算时没有考虑环境变化对前者的影响和土地利用变化对后者的影响。我们已经解决了由此产生的概念上的不一致，在陆地碳收支的记账模型BLUE集成瞬态环境条件。我们的研究表明，在当前的碳预算中没有考虑的环境变化的影响，导致2012-2021年全球ELUC增加14%（8%，23%）。这对于正确估计剩余碳预算以将全球变暖限制在1.5 °C或2.0 °C1至关重要。全球盘点也是如此，它依赖于对通过停止毁林或实施再造林/植树造林项目，通过土地利用、土地利用的变化和林业缓解气候变化的成功进行准确评估。由于未来的环境条件预计将进一步偏离目前的状态，预计ELUC估计将在未来几十年内进一步增长，但决定性地取决于CO2浓度和气候变化的未来演变。

我们对SLAND的估计与以前的估计不同，因为我们考虑了历史上的LULUCF，这导致了宝贵的生态系统的损失，特别是森林，如果它们仍然存在，将封存更多的碳。我们的研究结果揭示，通过使用工业化前的土地覆盖，标准预算方法高估了2012-2021年平均23%（8%，33%）的土地。通过所提出的方法，土地利用对SLAND的影响可以与有害的环境影响分开，这两者都可以使自然生态系统受到广泛的压力。由于LULUCF造成的SLAND损失预计将进一步增加，因为停止森林砍伐和森林退化的目标要到2030年才能实现，从而进一步增加了汇的损失（即，RSS），其随时间16累积。此外，气候变化造成的损害，例如土地干燥、干旱和野火，可能会越来越多地抵消大气二氧化碳水平增加对植物生长的有益影响。因此，SLAND和RSS的长期演变至关重要地取决于我们的气候减缓努力，以及我们遵循的截然不同的潜在未来土地利用路径。

文献来源

Dorgeist, L., Schwingshackl, C., Bultan, S. et al. A consistent budgeting of terrestrial carbon fluxes. Nat Commun 15, 7426 (2024).

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkxMDI2NjMxNQ==&mid=2247553620&idx=4&sn=af2bbb008090d901c427190ad6878caa

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