Годовой глобальный углеродный бюджет

Бюджет для углерода?

Чтобы контролировать финансовый бюджет, необходимо знать баланс между доходами и расходами. Также и с углеродом: используя СО₂ в атмосфере в качестве соответствующего «счета», можно количественно определить поступление (источники) и расход (поглотители). Глобальный углеродный бюджет определяет поступление СО₂ в атмосферу за счет выбросов от деятельности человека, которое уравновешивается расходом (накоплением) в резервуарах углерода на суше или в океане. Можно записать углеродный бюджет как относительно простое равенство:

Источники = количество в атмосфере плюс количество в поглотителях, где поглотители подразумевают удаление из атмосферы и поступление в океан или на сушу. Для любого данного количества выбросов если меньше углерода поступает на сушу или в океан, то в атмосфере его останется больше.

Точнее говоря:

Выбросы при сжигании ископаемого топлива + выбросы в результате изменений в землепользовании = повышение концентрации в атмосфере + количество, поступающее (химическим и биологическим путем) в океан + количество, поступающее в растительность суши и почву.

За последний отчетный 2015 г. годовой углеродный бюджет^[1],³выглядит следующим образом (в гигатоннах углерода в год, ГтУ/год^-1):

Составление бюджета: выбросы

Группа по составлению бюджета определяет количество выбросов от сжигания ископаемого топлива и промышленного производства на основе статистических данных энергетики и надежных производственных данных. В большинстве случаев эти данные основаны на национальных выбросах по оценке самих стран. Группа по составлению углеродного бюджета полагает, что национальные данные о выбросах, представляемые в рамках Рамочной конвенции ООН об изменении климата (РКИКООН), имеют наивысший уровень точности, поскольку 1) местные эксперты имеют доступ к информации по своим странам и 2) оценки национальных выбросов подвергаются периодическому аудиту с использованием международной методологии, контролируемой РКИКООН. Они также используют комплект данных о глобальных и национальных выбросах, составленный в основном по энергетическим данным, которые предоставлены Статистическим отделом ООН и подготовлены Центром анализа и информации о диоксиде углерода (СДИАК). Этот комплект содержит согласующиеся между собой и документально подтвержденные данные о выбросах от сжигания ископаемого топлива, цементного производства и сжигания попутного газа начиная с 1751 г. Для двух лет, непосредственно предшествующих расчету каждого годового углеродного бюджета, до появления данных РКИКООН и ООН группа использует годовой энергетический обзор, который готовит и публикует компания «British Petroleum».

Как правило, глобальные суммарные выбросы не полностью соответствуют сумме национальных выбросов главным образом вследствие выбросов от международного судоходства и авиации, которые выходят за пределы национальных территорий. Другие неопределенности, касающиеся выбросов, связаны с неопределенностями в количестве потребляемого топлива, углеродной и тепловой составляющими топлива и эффективностью его сгорания. Посредством тщательного анализа, а также повторного анализа группе удалось снизить общую погрешность оценок этих выбросов до +5 %; в приводимом здесь случае для 2015 г.: 9,9+0,5 ГтУ/год^-1.

Неопределенность как процентная доля выбросов, возможно, возрастает со временем по мере того, как растет число стран, предоставляющих данные, тогда как внутренняя национальная статистическая точность уменьшается. Каждый годовой углеродный бюджет включает сравнение основанных на производстве и потреблении данных о выбросах. Благодаря этому отмечена разница между территориальными кадастрами выбросов от производства и кадастрами выбросов от потребления, что позволяет распределять глобальные выбросы на основе продукции, потребляемой в пределах определенной страны; также признается, что данные о выбросах на основе потребления могут позволить выработать более эффективную и действенную политику в области климата.

Дополнительные выбросы вызваны изменениями, внесенными человеком в землепользование, включая обезлесение, облесение, лесозаготовительные работы (вырождение лесов и рубка леса), лесное земледелие (вырубка леса для сельскохозяйственных нужд с последующим забрасыванием земель) и возобновление лесов после их рубки или прекращения сельскохозяйственных работ. Группа по составлению углеродного бюджета рассчитывает выбросы, связанные с изменениями в землепользовании под влиянием деятельности человека, как сумму всех видов идентифицированной антропогенной деятельности. Некоторые из этих видов деятельности приводят к выбросам СО₂ в атмосферу, тогда как другие приводят к

поглощению СО₂. В дополнение к анализу учета ресурсов на основе данных о биомассе и изменении суммарной площади леса, взятых из оценки лесных ресурсов Продовольственной и сельскохозяйственной Организации Объединенных Наций (данные доступны только с пятилетними интервалами), группа включает оценку межгодовой изменчивости в обезлесении и вырождении лесов на основе спутниковых данных о пожарной активности в районах тропического леса.

Далее группа дополняет эти данные наблюдений данными о выбросах СО₂, связанными с изменениями в землепользовании, которые рассчитаны с использованием ансамбля глобальной динамической модели растительности. Неопределенности в выбросах от землепользования обусловлены разницей между методами учета ресурсов, спутниковыми методами и методами с использованием модели, а также неопределенностями в комплектах данных об изменении подстилающего растительного покрова. В общем, группа по углеродному бюджету оценивает неопределенность как +0,5 ГтУ/год^-1 в этих условиях землепользования; для 2015 г. – это 1,3+0,5 ГтУ/год^-1.

Составление бюджета: атмосферные концентрации

Для количественного определения годовой скорости роста атмосферных концентраций СО₂ группа полагается на прямые измерения. Она использует глобальную скорость роста СО₂, полученную Земной научно-исследовательской лабораторией Национального управления по исследованию океанов и атмосферы США (НУОА) на основе средней величины станций морских наблюдений за пограничным слоем с хорошо перемешанным фоновым воздухом. Годовое увеличение происходит за счет средней величины за самый последний период с декабря по январь, скорректированной с учетом среднего сезонного цикла, при этом та же самая средняя величина вычитается годом ранее.

Тщательная калибровка и обработка данных прямых измерений, полученных от разных и согласующихся между собой приборов и станций, распределенных по всему миру, в сочетании со строгой научной экспертной оценкой технологий измерений и годовых данных позволяет группе установить относительно низкую неопределенность для этого элемента углеродного бюджета +0,2 ГтУ/год^-2 для 2015 г. Используя данные о СО₂, полученные с помощью ледяного керна для определения доиндустриальной базовой концентрации (277+3 ч/млн), составители каждого годового углеродного бюджета могут контролировать и корректировать общее содержание углерода, накапливающегося в атмосфере с 1750 г.

Составление бюджета: океанские и наземные поглотители

  Для количественного определения поглощения СО₂ океаном группа

использует сочетание наблюдений с 1990-х годов с данными моделей биогеохимии океана, на основе которых получают тренды и оценки изменчивости за период 1959–2015 гг. Группа проверяет свои оценки поглощения океаном с помощью двух оценок на основе наблюдений за последние десятилетия. Сочетание неопределенностей в данных с неопределенностями в моделях дает общую неопределенность +0,5 ГтУ/год^-1 для океанского поглотителя.

На суше меняющиеся от региона к региону сочетания стимулирующего влияния увеличения СО₂ в атмосфере на рост растений и осаждение азота и влияние климата (например, увеличение продолжительности вегетационного периода в северных умеренных и арктических зонах) воздействуют на поглощение углерода. Таким образом, количественное определение годового глобального поглощения наземной растительностью и почвой является наиболее трудной задачей при составлении годового углеродного бюджета.

С помощью четырех из пяти элементов – выбросов от ископаемого топлива, выбросов от источников, связанных с землепользованием, атмосферной концентрации и поглощения океаном, а также известных неопределенностей, присущих этим элементам, составители годового бюджета сначала рассчитывают наземное поглощение как остаток после учета других четырех элементов и затем сравнивают этот остаток с информацией, полученной в результате расчетов с использованием глобальной динамической модели растительности. Поэтому по определению при составлении суммарного бюджета большая часть неопределенностей, присущих используемой методике, относится на счет мало изученных или слабо отраженных в моделях наземных процессов. Например, в 2015 г. на долю наземного поглощения приходилась самая большая неопределенность из пяти элементов: +0,9 ГтУ/год^-1.

Как элементы бюджета изменились со временем?

Идентифицируя надежные источники данных для количественного определения каждого элемента современного углеродного бюджета, группа также собирает комплекты данных, наиболее подходящие для исторического анализа. Мониторинг элементов бюджета во времени позволяет пользователям понять последние и долгосрочные тренды.

Рисунок на следующей странице, взятый из документа об углеродном бюджете за 2015 г., показывает историю пяти элементов углеродного бюджета примерно за последние 140 лет. В отношении поступления (верхняя половина диаграммы) видим четкое увеличение выбросов от ископаемого топлива помимо относительно устойчивого вклада со стороны изменений в землепользовании. Нижняя часть диаграммы показывает, что сумма углерода, накапливающегося на суше, в атмосфере и океане, уравновешивает поступление. Также отметим высокую изменчивость земных и атмосферных элементов, при этом атмосферные элементы достаточно хорошо ограничиваются измерениями.

Благодаря самоотверженной работе этой группы, научные и политические сообщества осведомлены о настоящем и прошлом углеродном бюджете с учетом отмеченных неопределенностей.

Общество и его влияние

Глобальный углеродный проект устанавливает и поддерживает связи между климатическим, экологическим и экономическим сообществами, обслуживая научное сообщество в качестве необходимого и эффективного координационного и сборного пункта по науке и информации о глобальном углеродном цикле. Годовой углеродный бюджет за 2015 г. привлек к работе 68 соавторов, представлявших такие области, как биохимия, экономика, химия атмосферы, география и океанография, а также включил информацию от 11 категорий источников данных наблюдений и моделирования, причем некоторые из этих категорий имеют несколько версий или областей применения. Силами тех же соавторов был подготовлен первый глобальный бюджет метана.

Вся продукция Глобального углеродного проекта демонстрирует умелое сочетание наблюдений и моделей. Глобальный углеродный проект зависит от внешних измерительных сетей, таких как сеть по измерению парниковых газов, координируемая и поддерживаемая программой Глобальной службы атмосферы ВМО. Их работа также требует глубокого реального участия физико-климатического сообщества Всемирной программы исследований климата (ВПИК). Главная задача ВПИК, касающаяся обратных связей углерода, направлена на решение неотложных вопросов относительно мощности и продолжительности действия наземных и океанских поглотителей углерода по мере изменения климата.

Остается только восхищаться уровнем преданности делу отдельных людей и международной координации, необходимых для ежегодного количественного определения этого важного компонента системы Земли. Когда человечество в конце концов снизит или остановит выбросы углерода, ученые и лица, определяющие политику, обратятся к Глобальному углеродному проекту и его тщательно подготовленным и заслуживающим доверие годовым бюджетам для получения четких и надежных данных о том, когда и как такие сокращения проявят себя в углеродном цикле и климатической системе.

Библиография

Le Quéré, C., Andrew, R. M., Canadell, J. G., Sitch, S., Korsbakken, J. I., Peters, G. P., Manning, A. C., Boden, T. A., Tans, P. P., Houghton, R. A., Keeling, R. F., Alin, S., Andrews, O. D., Anthoni, P., Barbero, L., Bopp, L., Chevallier, F., Chini, L. P., Ciais, P., Currie, K., Delire, C., Doney, S. C., Friedlingstein, P., Gkritzalis, T., Harris, I., Hauck, J., Haverd, V., Hoppema, M., Klein Goldewijk, K., Jain, A. K., Kato, E., Körtzinger, A., Landschützer, P., Lefèvre, N., Lenton, A., Lienert, S., Lombardozzi, D., Melton, J. R., Metzl, N., Millero, F., Monteiro, P. M. S., Munro, D. R., Nabel, J. E., M. S., Nakaoka, S.-I., O'Brien, K., Olsen, A., Omar, A. M., Ono, T., Pierrot, D., Poulter, B., Rödenbeck, C., Salisbury, J., Schuster, U., Schwinger, J., Séférian, R., Skjelvan, I., Stocker, B. D., Sutton, A. J., Takahashi, T., Tian, H., Tilbrook, B., van der Laan-Luij kx, I. T., van der Werf, G. R., Viovy, N., Walker, A. P., Wiltshire, A. J., and Zaehle, S.: Global Carbon Budget 2016, Earth Syst. Sci. Data, 8, 605-649, doi:10.5194/essd-8-6052016, 2016.

Saunois, M., Bousquet, P., Poulter, B., Peregon, A., Ciais, P., Canadell, J. G., Dlugokencky, E. J., Etiope, G., Bastviken, D., Houweling, S., Janssens-Maenhout, G., Tubiello, F. N., Castaldi, S., Jackson, R. B., Alexe, M., Arora, V. K., Beerling, D. J., Bergamaschi, P., Blake, D. R., Brailsford, G., Brovkin, V., Bruhwiler, L., Crevoisier, C., Crill, P., Covey, K., Curry, C., Frankenberg, C., Gedney, N., Höglund-Isaksson, L.,

Ishizawa, M., Ito, A., Joos, F., Kim, H.-S., Kleinen, T., Krummel, P., Lamarque, J.-F., Langenfelds, R., Locatelli, R., Machida, T., Maksyutov, S., McDonald, K. C., Marshall, J., Melton, J. R., Morino, I., Naik, V., O'Doherty, S., Parmentier, F.-J. W., Patra, P. K., Peng, C., Peng, S., Peters, G. P., Pison, I., Prigent, C., Prinn, R., Ramonet, M., Riley, W. J., Saito, M., Santini, M., Schroeder, R., Simpson, I. J., Spahni, R., Steele, P., Takizawa, A., Thornton, B. F., Tian, H., Tohjima, Y., Viovy, N., Voulgarakis, A., van Weele, M., van der Werf, G. R., Weiss, R., Wiedinmyer, C., Wilton, D. J., Wiltshire, A., Worthy, D., Wunch, D., Xu, X., Yoshida, Y., Zhang, B., Zhang, Z., and Zhu, Q.: The global methane budget 2000–2012, Earth Syst. Sci. Data, 8, 697-751, doi:10.5194/ essd-8-697-2016, 2016.