Естественные стоки и источники CO2 и CH4 в атмосфере российских регионов и их вклад в изменения климата в XXI веке по расчетам с ансамблем моделей CMIP6

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведен анализ естественных потоков CO2 и CH4 в атмосферу с территории России в XXI в. с использованием результатов расчетов с ансамблем глобальных климатических моделей международного проекта CMIP6. Оценки природных потоков CO2 для российских регионов сильно различаются для разных моделей. Их значения для начала XXI в. находятся в пределах от –1 до 1 ГтС/год. В XXI в. различия модельных оценок потоков растут и в конце XXI в. при сценарии с наибольшими антропогенными воздействиями SSP5-8.5 находятся в диапазоне от –2.5 до 2.5 ГтС/год. Оценки естественных эмиссий метана в атмосферу с территории России также сильно различаются для разных моделей – современные эмиссии метана оцениваются в диапазоне от 10 до 35 МтCH4/год, при этом рост в XXI в. может достигать 300%. В ансамблевых модельных расчетах проявляются общие тенденции для изменений естественных потоков парниковых газов. Для большинства моделей ансамбля CMIP6 характерно достижение максимума поглощения CO2 наземными экосистемами и его дальнейшее сокращение к концу XXI в., а естественные эмиссии метана в атмосферу для всех моделей и сценариев антропогенных воздействий растут на протяжении XXI в. Кумулятивный температурный потенциал естественных потоков CO2 на территории России в XXI в. оценен, в зависимости от сценария антропогенных воздействий, от –0.3 до 0.1 K, а ускоряющее потепление воздействие естественных эмиссий CH4 – в диапазоне 0.03–0.09 K.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Н. Денисов

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: denisov@ifaran.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3

А. В. Елисеев

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: denisov@ifaran.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3; 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, 1, стр. 2; 420008, Казань, Республика Татарстан, ул. Кремлевская, д. 18, корп. 1

И. И. Мохов

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Email: denisov@ifaran.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3; 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, 1, стр. 2; 141701, Долгопрудный, Московская обл., Институтский пер., 9

Список литературы

  1. Денисов C.Н., Елисеев А.В., Мохов И.И., Аржанов М.М. Модельные оценки глобальных и региональных эмиссий метана влажными экосистемами // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. № 5. С. 543–549.
  2. Денисов С.Н., Елисеев А.В., Мохов И.И. Вклад естественных и антропогенных эмиссий CO2 и CH4 в атмосферу с территории России в глобальные изменения климата в XXI веке // Доклады АН. 2019. Т. 488. № 1. С. 74–80.
  3. Денисов С.Н., Елисеев А.В., Мохов И.И. Модельные оценки вклада в глобальные изменения климата в XXI в. естественных и антропогенных эмиссий CO2 и CH4 в атмосферу с территории России, Китая, Канады и США // Метеорология и гидрология. 2022. № 10. С. 18–32.
  4. Елисеев А.В., Мохов И.И., Аржанов М.М., Демченко П.Ф., Денисов С.Н. Учет взаимодействия метанового цикла и процессов в болотных экосистемах в климатической модели промежуточной сложности // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2008. Т. 44. № 2. С. 147–162.
  5. Метан и климатические изменения: научные проблемы и технологические аспекты / Под ред. Бондура В.Г., Мохова И.И., Макоско А.А. М.: РАН, 2022. 388 с.
  6. Мохов И.И., Демченко П.Ф., Елисеев А.В., Хон В.Ч., Хворостьянов Д.В. Оценки глобальных и региональных изменений климата в XIX-XXI веках на основе модели ИФА РАН с учетом антропогенных воздействий // Изв. РАН. Физикa aтмocфepы и oкeaнa. 2002. Т. 38. № 5. С. 629–642.
  7. Мохов И.И., Елисеев А.В., Демченко П.Ф., Хон В.Ч., Акперов М.Г., Аржанов М.М., Карпенко А.А., Тихо- нов B.А., Чернокульский А.В., Сигаева Е.В. Климатические изменения и их оценки с использованием глобальной модели ИФА РАН // Доклады АН. 2005. Т. 402. № 2. С. 243–247.
  8. Мохов И.И., Елисеев А.В., Карпенко А.А. Чувствительность к антропогенным воздействиям глобальной климатической модели ИФА РАН с интерактивным углеродным циклом // Доклады АН. 2006. Т. 407. № 3. С. 400–404.
  9. Мохов И.И., Елисеев А.В. Моделирование глобальных климатических изменений в XX–XXIII веках при новых сценариях антропогенных воздействий RCP // Доклады АН. 2012. Т. 443. № 6. С. 732–736.
  10. Мохов И.И. Изменения климата: причины, риски, последствия, проблемы адаптации и регулирования // Вестник РАН. 2022. Т. 92. № 1. С. 3–14.
  11. Archer D., Eby M., Brovkin V., Ridgwell A., Cao L., Mikolajewicz U., Caldeira K., Matsumoto K., Munhoven G., Montenegro A., Tokos K. Atmospheric Lifetime of Fossil Fuel Carbon Dioxide // Annu. Rev. Earth Pl. Sci. 2009. V. 37. P. 117–134. https:/doi.org/10.1146/annurev.earth.031208.100206
  12. Chen Jing M., Chen B., Higuchi K., Liu J., Chan D., Worthy D., Tans P., and Black A. Boreal ecosystems sequestered more carbon in warmer years // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33. L10803. https:/doi.org/10.1029/2006GL025919
  13. Ciais P., Canadell J.G., Luyssaert S., Chevallier F., Shvidenko A., Poussi Z., Jonas M., Peylin P., King A.W., Schulze E.D., Piao S.L., Rodenbeck C., Peters W., Breon F.M. Can we reconcile atmospheric estimates of Northern terrestrial carbon sink with land-based accounting? // Curr. Opin. Environ. Sustain. 2010. V. 2. P. 225–230. https:/doi.org/10.1016/j.cosust.2010.06.008
  14. Ciais, P., Tan J., Wang X., Roedenbeck C., Chevallier F., Piao S.-L., Moriarty R., Broquet G., Le Quéré C., Canadell J.G., Peng S., Poulter B., Liu Z., and Tans P. Five decades of northern land carbon uptake revealed by the interhemispheric CO2 gradient // Nature. 2019. V. 568. № 7751. P. 221–225. https:/doi.org/10.1038/s41586-019-1078-6.
  15. Claussen M., Mysak L.A., Weaver A.J., Crucifix M., Fichefet T., Loutre M.-F., Weber S. L., Alcamo J., Alexeev V.A., Berger A., Calov R., Ganopolski A., Goosse H., Lohmann G., Lunkeit F., Mokhov I.I., Petoukhov V., Stone P., Wang Z. Earth system models of intermediate complexity: closing the gap in the spectrum of climate system models // Clim. Dyn. 2002. V. 18. P. 579–586.
  16. Dolman A.J., Shvidenko A., Schepaschenko D., Ciais P., Tchebakova N., Chen T., van der Molen M. K., Belelli Marchesini L., Maximov T. C., Maksyutov S., Schulze E.-D. An estimate of the terrestrial carbon budget of Russia using inventory-based, eddy covariance and inversion methods // Biogeosci. 2012. V. 9. P. 5323–5340.
  17. Eby M., Weaver A.J., Alexander K., Zickfeld K., Abe-Ouchi A., Cimatoribus A.A., Crespin E., Drijfhout S.S., Edwards N.R., Eliseev A.V., Feulner G., Fichefet T., Forest C.E., Goosse H., Holden P.B., Joos F., Kawamiya M., Kicklighter D., Kienert H., Matsumoto K., Mokhov I.I., Monier E., Olsen S.M., Pedersen J.O.P., Perrette M., Philippon-Berthier G., Ridgwell A., Schlosser A., Schneider von Deimling T., Shaffer G., Smith R.S., Spahni R., Sokolov A.P., Steinacher M., Tachiiri K., Tokos K., Yoshimori M., Zeng N., Zhao F. Historical and idealized climate model experiments: an intercomparison of Earth system models of intermediate complexity // Clim. Past. 2013. V. 9. P. 1111–1140. https:/doi.org/10.5194/cp-9-1111-2013
  18. Eyring V., Bony S., Meehl G.A., Senior C.A., Stevens B., Stouffer R.J., Taylor K.E. Overview of the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) experimental design and organization // Geosci. Model Dev. 2016. V. 9. 1937–1958. https://doi.org/10.5194/gmd-9-1937-2016
  19. Friedlingstein P., Meinshausen M., Arora V.K., Jones C.D., Anav A., Liddicoat S.K., Knutti R. Uncertainties in CMIP5 Climate Projections due to Carbon Cycle Feedbacks // Journal of Climate. 2014. V. 27. № 2. P. 511–526.
  20. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-12-00579.1
  21. Friedlingstein P., O’Sullivan M., Jones M.W., Andrew R.M., Gregor L., Hauck J., Le Quéré C., Luijkx I.T., Olsen A., Peters G.P., Peters W., Pongratz J., Schwingshackl C., Sitch S., Canadell J.G., Ciais P., Jackson R.B., Alin S.R., Alkama R., Arneth A., Arora V.K., Bates N.R., Becker M., Bellouin N., Bittig H.C., Bopp L., Chevallier F., Chini L.P., Cronin M., Evans W., Falk S., Feely R.A., Gasser T., Gehlen M., Gkritzalis T., Gloege L., Grassi G., Gruber N., Gürses Ö., Harris I., Hefner M., Houghton R.A., Hurtt G.C., Iida Y., Ilyina T., Jain A.K., Jersild A., Kadono K., Kato E., Kennedy D., Klein Goldewijk K., Knauer J., Korsbakken J.I., Landschützer P., Lefèvre N., Lindsay K., Liu J., Liu Z., Marland G., Mayot N., McGrath M.J., Metzl N., Mona- cci N.M., Munro D.R., Nakaoka S.-I., Niwa Y., O’Brien K., Ono T., Palmer P.I., Pan N., Pierrot D., Pocock K., Poulter B., Resplandy L., Robertson E., Rödenbeck C., Rodriguez C., Rosan T.M., Schwinger J., Séférian R., Shutler J.D., Skjelvan I., Steinhoff T., Sun Q., Sutton A.J., Sweeney C., Takao S., Tanhua T., Tans P.P., Tian X., Tian H., Tilbrook B., Tsujino H., Tubiello F., van der Werf G.R., Walker A.P., Wanninkhof R., Whitehead C., Willstrand Wranne A., Wright R., Yuan W., Yue C., Yue X., Zaehle S., Zeng J., Zheng B. Global Carbon Budget 2022 // Earth Syst. Sci. Data. 2022. V. 14. P. 4811–4900. https://doi.org/10.5194/essd-14-4811-2022
  22. Gurney K.R., Law R.M., Denning A.S., Rayner P.J., Baker D., Bousquet P., Bruhwilerk L., Chen Y.-H., Ciais P., Songmiao Fan S., Fung I.Y., Gloor M., Heimann M., Higuchi K., John J., Kowalczyck E., Maki T., Maksyutov S., Masariek K., Peylin P., Pratherkk M., Pak B.C., Randerson J., Sarmiento J., Taguchi S., Takahashi T., Yuen C.-W.TransCom 3 CO2 inversion intercomparison: 1. Annual mean control results and sensitivity to transport and prior flux information // Tellus B. 2003. V. 55. P. 555–579.
  23. Joos F., Spahni R. Rates of change in natural and anthropogenic radiative forcing over the past 20 000 years // P. Natl. Acad. Sci. USA. 2008. V. 105. P. 1425–1430. https://doi.org/10.1073/pnas.0707386105
  24. Lucht W., Prentice I.C., Myneni R.B., Sitch S., Friedlingstein P., Cramer W., Bousquet P., Buermann W., Smith B. Climatic control of the high-latitude vegetation greening trend and Pinatubo effect // Science. 2002. V. 296. P. 1687–1689.
  25. MacDougall A.H., Frölicher T.L., Jones C.D., Rogelj J., Matthews H.D., Zickfeld K., Arora V.K., Barrett N.J., Brovkin V., Burger F.A., Eby M., Eliseev A.V., Hajima T., Holden P.B., Jeltsch-Thömmes A., Koven C., Mengis N., Menviel L., Michou M., Mokhov I.I., Oka A., Schwinger J., Séférian R., Shaffer G., Sokolov A., Tachiiri K., Tjiputra J., Wiltshire A., Ziehn T. Is there warming in the pipeline? A multi-model analysis of the Zero Emissions Commitment from CO2 // Biogeosciences. 2020. V. 17. № 11. P. 2987–3016.
  26. Melton J.R., Wania R., Hodson E.L., Poulter B., Ringeval B., Spahni R., Bohn T., Avis C.A., Beerling D.J., Chen G.,Eliseev A.V., Denisov S.N., Hopcroft P.O., Lettenmaier D.P., Riley W.J., Singarayer J.S., Subin Z.M., Tian H., Zürcher S., Brovkin V., van Bodegom P.M., Kleinen T., Yu Z.C., Kaplan J.O. Present state of global wetland extent and wetland methane modelling: conclusions from a model intercomparison project (WETCHIMP) // Biogeosciences. 2013. V. 10. № 2. P. 753–788.
  27. Mokhov I.I., Eliseev A.V., Karpenko A.A. Decadal-to-centennial scale climate-carbon cycle interactions from global climate models simulations forced by anthropogenic emissions / In: “Climate Change Reseacrh Trends” (ed. Peretz L.N.). Hauppauge, NY: Nova Sci. Publ., 2008. P. 217–241.
  28. Moss R.H., Edmonds J.A., Hibbard K.A., Manning M.R., Rose S.K., van Vuuren D.P., Carter T.R., Emori S., Kainuma M., Kram T., Meehl G.A., Mitchell J.F.B., Nakicenovic N., Riahi K., Smith S.J., Stouffer R.J., Thomson A.M., Weyant J.P., Wilbanks T.J. The next generation of scenarios for climate change research and assessment // Nature. 2010. V. 463. № 7282. P. 747–756.
  29. Parmentier F.J.W., van der Molen M.K., van Huissteden J., Karsanaev S.J., Kononov A.A., Suzdalov D.A., Maximov T.C., Dolman A.J. Longer growing seasons do not increase net carbon uptake in the northeastern Siberian tundra // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. G04013. https:/doi.org/10.1029/2011JG001653
  30. Petoukhov V., Claussen M., Berger A., Crucifix M., Eby M., Eliseev A.V., Fichefet T., Ganopolski A., Goosse H., Kamenkovich I., Mokhov I.I., Montoya M., Mysak L.A., Sokolov A., Stone P., Wang Z., Weaver A.J. EMIC Intercomparison Project (EMIP-CO2): Comparative analysis of EMIC simulations of current climate and equilibrium and transient responses to atmospheric CO2 doubling // Clim. Dyn. 2005. V. 25. № 4. P. 363–385.
  31. Piao S.L., Ciais P., Friedlingstein P., Peylin P., Reichstein M., Luyssaert S., Margolis H., Fang J., Barr A., Chen A., Grelle A., Hollinger D.Y., Laurila T., Lindroth A., Richardson A.D., Vesala T. Net carbon dioxide losses of northern ecosystems in response to autumn warming // Nature. 2008. V. 451. № 7174. P. 49–53.
  32. Riahi K., van Vuuren D.P., Kriegler E., Edmonds J., O’Neill B.C., Fujimori S., Bauer N., Calvin K., Dellink R., Fricko O., Lutz W., Popp A., Cuaresma J.C., Samir K.C., Leimbach M., Jiang L., Kram T., Rao S., Emmerling J., Ebi K., Hasegawa T., Havlik P., Humpenöder F., Da Sil- va L.A., Smith S., Stehfest E., Bosetti V., Eom J., Gernaat D., Masui T., Rogelj J., Strefler J., Drouet L., Krey V., Luderer G., Harmsen M., Takahashi K., Baumstark L., Doelman J.C., Kainuma M., Klimont Z., Marangoni G., Lotze-Campen H., Obersteiner M., Tabeau A., Tavoni M. The Shared Socioeconomic Pathways and their energy, land use, and greenhouse gas emissions implications: An overview // Global Environ. Change. 2017. V. 42. P. 153–168. https:/doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2016.05.009
  33. Saunois M., Stavert A.R., Poulter B., Bousquet P., Canadell J.G.,Jackson R.B., Raymond P.A., Dlugokencky E.J., Houweling S., Patra P.K., Ciais P., Arora V.K., Bastviken D., Bergamaschi P., Blake D.R., Brailsford G., Bruhwiler L., Carlson K.M., Carrol M., Castaldi S., Chandra N., Crevoisier C., Crill P.M., Covey K., Curry C.L., Etiope G., Frankenberg C., Gedney N., Hegglin M.I., Höglund-Isaksson L., Hugelius G., Ishizawa M., Ito A., Janssens-Maenhout G., Jensen K.M., Joos F., Kleinen T., Krummel P.B., Langenfelds R.L., Laruelle G.G., Liu L., Machida T., Maksyutov S., McDonald K.C., McNorton J., Miller P.A., Melton J.R., Morino I., Müller J., Murguia-Flores F., Naik V., Niwa Y., Noce S., O’Doherty S., Parker R.J., Peng C., Peng S., Peters G.P., Prigent C., Prinn R., Ramonet M., Regnier P., Riley W.J., Rosentreter J.A., Segers A., Simpson I.J., Shi H., Smith S.J., Steele L.P., Thornton B.F., Tian H., Tohjima Y., Tubiello F.N., Tsuruta A., Viovy N., Voulgarakis A., Weber T.S., van Weele M., van der Werf G.R., Weiss R.F., Worthy D., Wunch D., Yin Y., Yoshida Y., Zhang W., Zhang Z., Zhao Y., Zheng B., Zhu Qing, Zhu Qiuan, Zhuang Q. The Global Methane Budget 2000–2017 // EarthSystem Science Data. 2020. V. 12. № 3. P. 1561–1623. https:/doi.org/10.5194/essd-12-1561-2020
  34. Tagesson T., Schurgers G., Horion S., Ciais P., Tian F., Brandt M., Ahlström A., Wigneron J.-P., Ardö J., Olin S., Fan L., Wu Z., Fensholt R. Recent divergence in the contributions of tropical and boreal forests to the terrestrial carbon sink // Nature Ecology & Evolution. 2020. V. 4. № 2. P. 202–209. https:/doi.org/10.1038/s41559-019-1090-0
  35. Taylor K.E., Stouffer R.J., Meehl G.A. An Overview of CMIP5 and the experiment design // Bull. Amer. Meteor. Soc. 2012. V. 93. № 4. P. 485–498. https:/doi.org/10.1175/BAMS-D-11-00094.1
  36. Zickfeld K., Eby M., Weaver A.J., Alexander K., Crespin E., Edwards N.R., Eliseev A.V., Feulner G., Fichefet T., Forest C.E., Friedlingstein P., Goosse H., Holden P.B., Joos F., Kawamiya M., Kicklighter D., Kienert H., Matsumoto K., Mokhov I.I., Monier E., Olsen S.M., Pedersen J.O.P., Perrette M., Philippon-Berthier G., Ridgwell A., Schlosser A., Schneider Von Deimling T., Shaffer G., Sokolov A., Spahni R., Steinacher M., Tachiiri K., Tokos K.S., Yoshimori M., Zeng N., Zhao F. Long-term climate change commitment and reversibility: An EMIC intercomparison // J. Climate. 2013. V. 26. № 16. P. 5782–5809.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Среднее по ансамблю моделей CMIP6 поглощение CO2 (NEP) наземными экосистемами Северной Евразии [гС/м2/год] (сверху) и стандартное отклонение этих оценок (снизу).

Скачать (481KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Естественные стоки CO2 из атмосферы в российских регионах по расчетам с ансамблем моделей (средние значения и стандартное отклонение) в сопоставлении с потоками CO2 по расчетам с МЗС ИФА РАН (зеленая линия) и антропогенными эмиссиями в атмосферу (пунктир) при различных сценариях антропогенных воздействий для XXI в.

Скачать (430KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Годовой ход поглощения CO2 наземными экосистемами России [ГтС/мес.] по модельным расчетам для современного периода (2010–2014 гг.).

Скачать (332KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Среднее современное поглощение CO2 [кгС/м2/год] на территории суши России в летний период по расчетам с моделями CMIP6 (вверху), отдельно по расчетам с моделями ВСС и EC-Earth3 (средний ряд) и их разница с ансамблевым средним (нижний ряд).

Скачать (762KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кумулятивный температурный потенциал естественных потоков CO2 [мК] на территории России с 1990 г. по расчетам с ансамблем моделей (средние значения и стандартное отклонение) и антропогенных потоков (пунктир) при различных сценариях антропогенных воздействий.

Скачать (272KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Потоки CH4 в атмосферу с территории России (средние по ансамблю значения и стандартное отклонение) и антропогенные эмисси (пунктир) при различных сценариях антропогенных воздействий.

Скачать (392KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Кумулятивный температурный потенциал естественных потоков CH4 [мК] в атмосферу с территории России с 1990 г. по расчетам с ансамблем моделей (средние значения и стандартное отклонение) и антропогенных потоков (пунктир) при различных сценариях антропогенных воздействий.

Скачать (296KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.