• Energy Research

AbstractThe livestock sector is the largest source of anthropogenic methane emissions and is projected to increase in the future with the increased demand for livestock products. Here, we compare livestock methane emissions and emission intensities, defined by the amount of methane emitted per unit of animal proteins, estimated by different methodologies, and identify mitigation potentials in different regions of the world based on possible future projections. We show that emission intensity decreased for most livestock categories globally during 2000–2018, due to an increasing protein‐production efficiency, and the IPCC Tier 2 method should be used for capturing the temporal changes in the emission intensities. We further show that efforts on the demand‐side to promote balanced, healthy, and environmentally sustainable diets in most countries will not be sufficient to mitigate livestock methane emissions without parallel efforts to improve production efficiency. The latter efforts have much greater mitigating effects than demand‐side efforts, and hence should be prioritized in a few developing countries that contribute most of the mitigation potential.

De nombreuses études sur la sécheresse prennent en compte les précipitations et les impacts potentiels de l'évapotranspiration (PET). Cependant, la rétention d'eau du bassin versant est un facteur qui affecte l'interception des précipitations et ralentit le ruissellement, ce qui joue également un rôle essentiel dans la détermination des risques de sécheresse hydrologique. Le cadre Budyko relie la rétention à la partition des précipitations en ruissellement ou évapotranspiration. Appliqués dans le monde entier, nous démontrons que les changements de rétention sont la contribution dominante aux changements mesurés du ruissellement dans 21 des 33 principaux bassins versants. De même, l'évaluation des simulations climatiques pour la période historique suggère que les modèles sous-estiment considérablement les changements de ruissellement observés en raison de processus de gestion de l'eau non représentés. Les modèles climatiques montrent que la rétention d'eau (sans gestion directe de l'eau) diminue généralement d'ici la fin du XXIe siècle, sauf en Asie centrale sèche et dans le nord-ouest de la Chine. De telles diminutions augmentent le ruissellement, principalement en raison de l'augmentation de l'intensité des précipitations (scénario RCP4.5) et en outre de la fermeture des stomates induite par le CO2 (RCP8.5). Cela atténue les déficits de ruissellement (généralement dus au réchauffement du PET surélevé) en augmentant le ruissellement moyen mondial de −2,77 mm an−1 à +3,81 mm an−1 (RCP4,5) et de −6,98 mm an−1 à +5,11 mm an−1 (RCP8,5). Muchos estudios sobre la sequía consideran los impactos de la precipitación y la posible evapotranspiración (PET). Sin embargo, la retención de agua de captación es un factor que afecta la interceptación de las precipitaciones y la ralentización de la escorrentía, que también desempeña un papel fundamental en la determinación de los riesgos de sequía hidrológica. El marco Budyko vincula la retención con la partición de la precipitación en escorrentía o evapotranspiración. Aplicados en todo el mundo, demostramos que los cambios de retención son la contribución dominante a los cambios de escorrentía medidos en 21 de las 33 cuencas principales. Del mismo modo, la evaluación de las simulaciones climáticas para el período histórico sugiere que los modelos subestiman sustancialmente los cambios observados en la escorrentía debido a procesos de gestión del agua no representados. Los modelos climáticos muestran que la retención de agua (sin gestión directa del agua) generalmente disminuye a finales del siglo XXI, excepto en Asia central seca y el noroeste de China. Tales disminuciones aumentan la escorrentía, impulsada principalmente por los aumentos de intensidad de precipitación (escenario RCP4.5) y, además, por el cierre de estomas inducido por CO2 (RCP8.5). Esto mitiga los déficits de escorrentía (generalmente de PET criado bajo calentamiento) al aumentar la escorrentía media global de −2.77 mm año−1 a +3.81 mm año−1 (RCP4.5), y −6.98 mm año−1 a +5.11 mm año−1 (RCP8.5). Many studies on drought consider precipitation and potential evapotranspiration (PET) impacts. However, catchment water retention is a factor affecting the interception of precipitation and slowing down runoff which also plays a critical role in determining the risks of hydrological drought. The Budyko framework links retention to the partitioning of precipitation into runoff or evapotranspiration. Applied worldwide, we demonstrate that retention changes are the dominant contribution to measured runoff changes in 21 of 33 major catchments. Similarly, assessing climate simulations for the historical period suggests that models substantially underestimate observed runoff changes due to unrepresented water management processes. Climate models show that water retention (without direct water management) generally decreases by the end of the 21st century, except in dry central Asia and northwestern China. Such decreases raise runoff, mainly driven by precipitation intensity increases (RCP4.5 scenario) and additionally by CO2-induced stomata closure (RCP8.5). This mitigates runoff deficits (generally from raised PET under warming) by increasing global mean runoff from −2.77 mm yr−1 to +3.81 mm yr−1 (RCP4.5), and −6.98 mm yr−1 to +5.11 mm yr−1 (RCP8.5). تنظر العديد من الدراسات حول الجفاف في هطول الأمطار والتأثيرات المحتملة للتبخر والنتح (PET). ومع ذلك، فإن الاحتفاظ بمياه مستجمعات المياه هو عامل يؤثر على اعتراض هطول الأمطار وإبطاء الجريان السطحي الذي يلعب أيضًا دورًا حاسمًا في تحديد مخاطر الجفاف الهيدرولوجي. يربط إطار بوديكو الاحتفاظ بتقسيم هطول الأمطار إلى جريان أو تبخر نتح. وبتطبيقنا في جميع أنحاء العالم، نثبت أن تغييرات الاحتفاظ هي المساهمة المهيمنة في تغييرات الجريان السطحي المقاسة في 21 من أصل 33 مستجمعًا رئيسيًا. وبالمثل، يشير تقييم عمليات المحاكاة المناخية للفترة التاريخية إلى أن النماذج تقلل بشكل كبير من شأن التغيرات الملحوظة في الجريان السطحي بسبب عمليات إدارة المياه غير الممثلة. تُظهر النماذج المناخية أن الاحتفاظ بالمياه (بدون الإدارة المباشرة للمياه) ينخفض بشكل عام بحلول نهاية القرن الحادي والعشرين، باستثناء آسيا الوسطى الجافة وشمال غرب الصين. تؤدي هذه الانخفاضات إلى زيادة الجريان السطحي، ويرجع ذلك أساسًا إلى زيادة كثافة هطول الأمطار (سيناريو RCP4.5) بالإضافة إلى إغلاق الثغور الناجم عن ثاني أكسيد الكربون (RCP8.5). يخفف هذا من عجز الجريان السطحي (بشكل عام من ارتفاع PET تحت الاحترار) عن طريق زيادة متوسط الجريان السطحي العالمي من - 2.77 مم في السنة-1 إلى +3.81 مم في السنة -1 (RCP4.5)، و -6.98 مم في السنة-1 إلى +5.11 مم في السنة-1 (RCP8.5).

Large herbivores are a major agent in ecosystems, influencing vegetation structure and carbon and nutrient flows. Yet most of the current global dynamic vegetation models (DGVMs) lack explicit representation of large herbivores. Here we incorporated a grazing module in the ORCHIDEE-MICT DGVM based on physiological and demographic equations for wild large grazers, taking into account the feedbacks of large grazers on vegetation. The model was applied globally for present-day and the last glacial maximum (LGM). Three NetCDF files are included, corresponding to the model results for three periods: present-day (1960-2009 average), pre-industrial (1860-1899 average), and the last glacial maximum (ca. 21 ka before present). Variables include the modeled potential grazer biomass/population density, along with the directly relevant outputs: vegetation distribution (i.e. fractional coverage of the plant functional types), and gross and net primary productivity. Detailed model descriptions and the simulation setup can be found in: Zhu et al. (2018).