Global Carbon Project: Dem menschengemachten CO2 auf der Spur
Der weltweite Anteil an CO2, der in der Atmosphäre verbleibt, steigt nach dem vorläufigen Bericht auch in diesem Jahr weiter an, um 2 ppm auf voraussichtlich 415 ppm (parts per million – Teile pro Millionen, Maßeinheit für die Zusammensetzung von Gasen). Die CO2-Senken an Land und in den Ozeanen haben zusammengenommen weiterhin etwa die Hälfte (54 Prozent in den letzten zehn Jahren) des ausgestoßenen Kohlendioxids aufgenommen. Der Anstieg des atmosphärischen CO2 treibt die Senken an Land und im Meer an, während der Klimawandel die Kohlenstoffsenken verringert (um etwa 15 Prozent an Land, und um etwa 5 Prozent im Ozean).
Wie jedes Jahr waren auch wieder Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-M) an den Berechnungen des Global Carbon Budget (GCB) beteiligt. Prof. Julia Pongratz, Dr. Julia Nabel, Dr. Tatiana Ilyina und Dr. Peter Landschützer haben in diesem Jahr wieder einige neue Beiträgen geleistet.
Ozean
Insbesondere neu ist der MPI-M-Beitrag zum diesjährigen GCB in Form der ersten Vorhersagen von Ozean-CO2-Senken (Socean) und Land-CO2-Senken (Sland) für das Jahr 2021. Ähnlich der historischen Rekonstruktion mit der MPI-SOMFFN-Methode, die in der Gruppe „Beobachtungen, Analyse und Synthese“ am MPI-M entwickelt wird, verwendet die neue Vorhersage die historischen (1959-2020) Sland- und Socean-Flüsse und rekonstruiert diese mit historischen atmosphärischen CO2-Konzentrationen, CO2-Emissionen und dem ONI ENSO-Index. Die rekonstruierte historische Beziehung wird dann benutzt um Socean und Sland für das Jahr 2021 unter Verwendung derselben Vorhersagevariablen abzuschätzen. „Diese neue Einschätzung ist spannend“, sagt Peter Landschützer. „Einerseits haben wir jetzt erstmals eine vollständige Vorhersage aller Hauptkomponenten des Kohlenstoffkreislaufs im Jahr 2021, andererseits ist dies aber auch ein Test, ob wir – auf eine sehr einfache Art und Weise – zeigen können, dass wir die CO2-Flüsse, und was ihre Variabilität von Jahr zu Jahr antreibt, verstehen.“
Darüber hinaus integriert das diesjährige Kohlenstoffbudget zum ersten Mal beobachtungsbasierte Schätzungen des CO2-Flusses zwischen Ozean und Atmosphäre. Daher tragen die CO2-Daten, welche die Renn-Yacht „Seaexplorer“ gesammelt hat und welche wissenschaftlich von Peter Landschützer begleitet wurden, direkt zur besten Schätzung des Ozean-Atmosphären-CO2-Flusses bei. „Ich freue mich, dass die Vendée Globe-Daten von Boris Herrmann ihren Weg in die Abschätzung von Socean gefunden haben“, ergänzt Peter Landschützer. „Die aus dem abgelegenen Südpolarmeer gesammelten CO2-Daten tragen dazu bei, das Vertrauen in die beobachtungsbasierten Schätzungen zu erhöhen.“
Zusätzlich liefert das MPI-M die Socean-Schätzung, die mit dem biogeochemischen Modell HAMOCC berechnet wurde. In diesem Jahr enthält der Beitrag eine wichtige Neuheit. Zum ersten Mal wird die Berechnung der ozeanischen CO2-Senke durch Hinzufügen von Kohlenstoff- und Nährstoffeinträgen aus den Flüssen in den Ozean verbessert. Diese neue Modellentwicklung, basierend auf Arbeiten von Fabrice Lacroix und konsolidiert im Modellcode von Fatemeh Chegini, verbessert die Darstellung des Kohlenstoffkreislaufs im Küstenozean. Als Ergebnis zeigt die Modellbewertung eine Verbesserung der Socean-Schätzung im Vergleich zu Beobachtungen.
Tatiana Ilyina: „Dies ist ein wichtiger Schritt vorwärts, um Unsicherheiten in unserem Verständnis der Rolle des Küstenozeans in der globalen Kohlenstoffsenke zu verringern und das regionale Ausgasen von Flusskohlenstoff abzuschätzen.“
Land
Die CO2-Flüsse aus Landnutzungsaktivitäten wurden dieses Jahr mit aktualisierten Datensätzen über weltweite Änderungen der landwirtschaftlichen Flächen und der Holzernte berechnet, was die verschiedenen Modellabschätzungen näher zusammenbringt. Allerdings bedeutet die geringere Spannbreite der Abschätzungen nicht zwangsläufig eine Reduktion der großen Unsicherheiten. “Wichtige Prozesse wie etwa die Degradation tropischer Wälder, die stark an Bedeutung gewinnt, und Änderungen von Jahr zu Jahr sind aktuell nur unzureichend abgebildet.” sagt Julia Pongratz, die die Abschätzungen der Landnutzungsemissionen im GCP-Budget koordiniert. "Akkurate, hochaufgelöste Beobachtung von Landnutzungsdynamiken sind wichtiger denn je, um die Unsicherheiten der Emissionen und ihrer Trends zu reduzieren."
Den aktualisierten Abschätzungen nach entließen Landnutzungsaktivitäten 2021 netto etwa 2,9 GtCO2 in die Atmosphäre, im Vergleich zum Vorjahreswert von 3,2 GtCO2. Der vergleichsweise kleine Netto-Fluss umfasst substantielle Emissionen, vor allem aus Entwaldung, und CO2-Aufnahmen, etwa in nachwachsenden Wäldern nach Aufforstung oder Holzernte. Dabei blieben die CO2-Emissionen auch in der Pandemie hoch und beliefen sich 2020 auf 13,3 GtCO2. Emissionsreduktionen standen möglicherweise Einschränkungen im Monitoring und in der Vollstreckung von Maßnahmen gegen tropische Entwaldung entgegen, die in mehreren Ländern in Folge der Pandemie beobachtet wurden.
Zum ersten Mal verknüpfte das Global Carbon Project in seiner Budgetierung die nationalen Treibhausgasinventare mit den unabhängigen Daten der globalen Kohlenstoffmodelle. JSBACH, das Landoberflächenmodel des MPI-ESM ist eines der Modelle, die diese Daten berechnen. „Während die globalen Kohlenstoffmodelle natürliche und anthropogene Prozesse durch Berücksichtigung unterschiedlicher Antriebsdaten voneinander trennen, unterscheiden die von den Ländern gemeldeten Daten nach Fläche“, sagt Julia Nabel, die die JSBACH-Simulationen am MPI-M durchgeführt hat. Die nationalen Inventare ordnen somit auch Teile der natürlichen Landsenke auf bewirtschafteten Flächen dem Landnutzungssektor zu, der sich so in der Summe über die Länder hinweg als CO2-Senke darstellt. Berücksichtigt man diese Umverteilung natürlicher Senken, sind beide Ansätze konsistent. "Der Abgleich der unabhängigen Abschätzungen der globalen Kohlenstoffmodelle mit den nationalen Treibhausgasinventaren ist ein wichtiger Schritt in Hinblick auf den Global Stocktake, mit dem die Umsetzung des Paris-Abkommens überprüft und der gemeinsame Fortschritt bei der Umsetzung der vereinbarten Ziele bewertet wird.”, so Julia Pongratz.
Die natürliche Landsenke wuchs während des Zeitraums 2011-2020 in Reaktion auf den CO2-Anstieg in der Atmosphäre weiter an, wenn auch mit hoher interannueller Variabilität. Die natürliche Landsenke betrug in diesem Zeittraum durchschnittlich 11,4 GtCO2 pro Jahr (28% der totalen CO2 Emissionen). Die großen jährlichen Schwankungen in der natürlichen Landsenke (etwa 4 GtCO2 yr-1) erschweren es kleinere jährliche Änderungen der anthropogenen Emissionen in der globalen atmosphärischen CO2 Konzentration zu erkennen.
Originalveröffentlichung:
Friedlingstein et al. (2021) Global Carbon Budget 2021. Earth System Science Data (preprint). https://essd.copernicus.org/preprints/essd-2021-386/
Kontakt:
Prof. Dr. Julia Pongratz
Max-Planck-Institut für Meteorologie
und LMU München, Fachbereich Geographie
E-Mail: julia.pongratz@mpimet.mpg.de
Dr. Julia Nabel
Max-Planck-Institut für Meteorologie
und Max-Planck-Institut für Biogeochemie
E-Mail: julia.nabel@mpimet.mpg.de
Dr. Tatiana Ilyina
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: tatiana.ilyina@mpimet.mpg.de
Dr. Peter Landschützer
Max-Planck-Institut für Meteorologie
E-Mail: peter.landschuetzer@mpimet.mpg.de