• Energy Research

Earth system models (ESMs) have been widely used to simulate global terrestrial carbon fluxes, including gross primary production (GPP) and net primary production (NPP). Assessment of such GPP and NPP products can be valuable for understanding the efficacy of certain ESMs in simulating the global carbon cycle and future climate impacts. In this work, we studied the model performance of 22 ESMs participating in the fifth and sixth phases of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5 and CMIP6) by comparing historical GPP and NPP simulations with satellite data from MODIS and further evaluating potential model improvement from CMIP5 to CMIP6. In CMIP6, the average global total GPP and NPP estimated by the 22 ESMs are 16% and 13% higher than MODIS data, respectively. The multi-model ensembles (MME) of the 22 ESMs can fairly reproduce the spatial distribution, zonal distribution and seasonal variations of both GPP and NPP from MODIS. They perform much better in simulating GPP and NPP for grasslands, wetlands, croplands and other biomes than forests. However, there are noticeable differences among individual ESM simulations in terms of overall fluxes, temporal and spatial flux distributions, and fluxes by biome and region. The MME consistently outperforms all individual models in nearly every respect. Even though several ESMs have been improved in CMIP6 relative to CMIP5, there is still much work to be done to improve individual ESM and overall CMIP performance. Future work needs to focus on more comprehensive model mechanisms and parametrizations, higher resolution and more reasonable coupling of land surface schemes and atmospheric/oceanic schemes.

AbstractA global, unified dataset on Soil Organic Carbon (SOC) changes under perennial crops has not existed till now. We present a global, harmonised database on SOC change resulting from perennial crop cultivation. It contains information about 1605 paired-comparison empirical values (some of which are aggregated data) from 180 different peer-reviewed studies, 709 sites, on 58 different perennial crop types, from 32 countries in temperate, tropical and boreal areas; including species used for food, bioenergy and bio-products. The database also contains information on climate, soil characteristics, management and topography. This is the first such global compilation and will act as a baseline for SOC changes in perennial crops. It will be key to supporting global modelling of land use and carbon cycle feedbacks, and supporting agricultural policy development.

Abstract Bioenergy can be a promising solution to the energy, food and environment trilemma in China. Currently this coal-dependent nation is in urgent need of alternative fuels to secure its future energy and improve the environment. Biofuels derived from crop residues and bioenergy crops emerge as a great addition to renewable energy in China without compromising food production. This paper reviews bioenergy resources from existing conventional crop (e.g., corn, wheat and rice) residues and energy crops (e.g., Miscanthus) produced on marginal lands. The impacts of biofuel production on ecosystem services are also discussed in the context of biofuel's life cycle. It is estimated that about 280 million metric tons (Mt) of crop residue-based biomass (or 65 Mt of ethanol) and over 150 Mt of energy crop-based ethanol can become available each year, which far exceeds current national fuel ethanol production (

Abstract Climate warming leads to crop yield loss. Although investigations have shown the region-specific effect of climate warming on maize yield in China, the determinants of this region-specific effect are poorly known. Using county-level data from 1980 to 2010 for China, we investigated the dependence of yield change under climate warming on soil indigenous nutrients. Analysis of the data indicated an average decrease of 2.6% in maize yield for 1 °C warming. Warming-related yield loss occurred mostly in western China, the North China Plain, and the southwest region of Northeast China. By contrast, climate warming did not decline maize yield in the northern region of Northeast China, south, and southwest China. Summer maize is more sensitive to warming than spring maize. A 1 °C warming resulted in an average loss of 3.3% for summer maize and 1.8% for spring maize. The region-specific change in yield can be well quantified by a combination of soil indigenous total nitrogen (STN), available phosphorus (SAP), and available potassium (SAK). Under climate warming, maize yields in regions with high STN generally increased, while the risk of yield reduction appeared in regions with high SAK. Areas that were vulnerable (defined as a yield loss higher than 1% for a 1 °C increase) to climate warming accounted for 62%, while areas that showed resilience (defined as a yield increase higher than 1% for a 1 °C increase) to climate warming accounted for 27% of the planting area. An increase in nitrogen fertilizer application is expected to reduce the risk of yield reduction in regions with low STN. Our findings highlight soil resilience to climate warming and underline the practice of fertilizer management to mitigate yield loss due to climate warming.

En tant que l'un des plus grands émetteurs de gaz à effet de serre au monde, la Chine s'est fixé l'objectif ambitieux d'atteindre le pic de carbone et la neutralité carbone. Par conséquent, il est crucial de quantifier l'ampleur et la tendance des sources et des puits de dioxyde de carbone atmosphérique (CO2), et de suivre les progrès de la Chine vers ces objectifs. À l'aide d'ensembles de données et de modèles de pointe, cette étude a estimé de manière exhaustive les émissions anthropiques de CO2 provenant de l'énergie, des processus industriels et de l'utilisation des produits, ainsi que des déchets, des sources naturelles et des puits de CO2 pour toute la Chine au cours de la période 1980-2021. Pour reconnaître les différences entre les différentes méthodes d'estimation des émissions de gaz à effet de serre, les estimations sont comparées aux inventaires nationaux de gaz à effet de serre (INGES) de la Chine pour 1994, 2005, 2010, 2012 et 2014. Les émissions anthropiques de CO2 en Chine ont été multipliées par 7,39 entre 1980 et 2021, passant à 12,77 Gt CO2 a-1. Tout en bénéficiant de projets écologiques (par exemple, le Three Norths Shelter Forest System Project), le puits de carbone terrestre en Chine a atteint 1,65 Gt de CO2 a-1 en moyenne entre 2010 et 2021, soit près de 15,81 fois celui du puits de carbone des années 1980. En moyenne, les écosystèmes terrestres de la Chine ont compensé 14,69 % ± 2,49 % des émissions anthropiques de CO2 jusqu'en 2010-2021. Deux régions administratives de niveau provincial de la Chine, Xizang et Qinghai, ont atteint la neutralité carbone selon nos estimations, mais près de la moitié des régions administratives de la Chine ont des compensations de puits de carbone terrestres de moins de 10% des émissions anthropiques de CO2. Cette étude a indiqué un niveau élevé de cohérence entre les NGHGI et divers ensembles de données utilisés pour estimer les émissions de CO2 d'origine fossile, mais a révélé des différences notables pour les puits de carbone terrestres. Les estimations futures des puits de carbone terrestres des NGHGI doivent être vérifiées de toute urgence avec des modèles basés sur les processus qui intègrent les processus complets du cycle du carbone. Como uno de los mayores emisores de gases de efecto invernadero del mundo, China se ha fijado el ambicioso objetivo de alcanzar el pico de carbono y la neutralidad de carbono. Por lo tanto, es crucial cuantificar la magnitud y la tendencia de las fuentes y sumideros de dióxido de carbono atmosférico (CO2), y monitorear el progreso de China hacia estos objetivos. Utilizando conjuntos de datos y modelos de vanguardia, este estudio estimó exhaustivamente las emisiones antropogénicas de CO2 de la energía, los procesos industriales y el uso de productos, y los desechos junto con las fuentes naturales y los sumideros de CO2 para toda China durante 1980-2021. Para reconocer las diferencias entre los diversos métodos de estimación de las emisiones de efecto invernadero, las estimaciones se comparan con los Inventarios Nacionales de Gases de Efecto Invernadero (GEI) de China para 1994, 2005, 2010, 2012 y 2014. Las emisiones antropogénicas de CO2 en China han aumentado 7,39 veces desde 1980 a 12,77 Gt CO2 a-1 en 2021. Si bien se beneficia de proyectos ecológicos (por ejemplo, Three Norths Shelter Forest System Project), el sumidero de carbono terrestre en China ha alcanzado un promedio de 1.65 Gt CO2 a-1 entre 2010 y 2021, que es casi 15.81 veces mayor que el sumidero de carbono en la década de 1980. En promedio, los ecosistemas terrestres de China compensaron el 14,69% ± 2,49% de las emisiones antropogénicas de CO2 entre 2010 y 2021. Según nuestras estimaciones, dos regiones administrativas a nivel provincial de China, Xizang y Qinghai, han logrado la neutralidad de carbono, pero casi la mitad de las regiones administrativas de China tienen compensaciones de sumideros de carbono terrestres de menos del 10% de las emisiones antropogénicas de CO2. Este estudio indicó un alto nivel de consistencia entre los INGH y varios conjuntos de datos utilizados para estimar las emisiones fósiles de CO2, pero encontró diferencias notables para los sumideros de carbono terrestres. Las estimaciones futuras de los sumideros de carbono terrestre de los GEI deben verificarse urgentemente con modelos basados en procesos que integren los procesos integrales del ciclo del carbono. باعتبارها واحدة من أكبر الدول المسببة لانبعاثات غازات الدفيئة في العالم، وضعت الصين لنفسها هدفًا طموحًا يتمثل في تحقيق ذروة الكربون وحياد الكربون. لذلك، من الأهمية بمكان تحديد حجم واتجاه مصادر ومصارف ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (CO2)، ومراقبة تقدم الصين نحو هذه الأهداف. باستخدام أحدث مجموعات البيانات والنماذج، قدرت هذه الدراسة بشكل شامل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ من الطاقة والعمليات الصناعية واستخدام المنتجات والنفايات جنبًا إلى جنب مع المصادر الطبيعية ومصارف ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء الصين خلال الفترة 1980-2021. للتعرف على الاختلافات بين الطرق المختلفة لتقدير انبعاثات غازات الدفيئة، تتم مقارنة التقديرات بقوائم الجرد الوطنية لغازات الدفيئة في الصين للأعوام 1994 و 2005 و 2010 و 2012 و 2014. زادت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ في الصين بمقدار 7.39 مرة من عام 1980 إلى 12.77 جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون في عام 2021. مع الاستفادة من المشاريع البيئية (على سبيل المثال، مشروع نظام غابات المأوى في الشمال)، بلغ بالوعة الكربون في الصين 1.65 جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون في المتوسط خلال الفترة 2010-2021، وهو ما يقرب من 15.81 ضعف بالوعة الكربون في الثمانينيات. في المتوسط، عوضت النظم الإيكولوجية الأرضية في الصين 14.69 ٪ ± 2.49 ٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ خلال الفترة 2010-2021. حققت منطقتان إداريتان على مستوى المقاطعة في الصين، شيزانغ وتشينغهاي، حيادية الكربون وفقًا لتقديراتنا، ولكن ما يقرب من نصف المناطق الإدارية في الصين لديها تعويضات بالوعة الكربون الأرضية أقل من 10 ٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ. أشارت هذه الدراسة إلى وجود مستوى عالٍ من الاتساق بين مؤشرات الغازات الدفيئة الوطنية ومجموعات البيانات المختلفة المستخدمة لتقدير انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الأحفوري، ولكنها وجدت اختلافات ملحوظة في بالوعات الكربون الأرضية. هناك حاجة ماسة إلى التحقق من التقديرات المستقبلية لأحواض الكربون الأرضية الخاصة بالمصارف الصحية الوطنية من خلال النماذج القائمة على العمليات التي تدمج عمليات دورة الكربون الشاملة. As one of the world's largest emitters of greenhouse gases, China has set itself the ambitious goal of achieving carbon peaking and carbon neutrality. Therefore, it is crucial to quantify the magnitude and trend of sources and sinks of atmospheric carbon dioxide (CO2), and to monitor China's progress toward these goals. Using state-of-the-art datasets and models, this study comprehensively estimated the anthropogenic CO2 emissions from energy, industrial processes and product use, and waste along with natural sources and sinks of CO2 for all of China during 1980-2021. To recognize the differences among various methods of estimating greenhouse emissions, the estimates are compared with China's National Greenhouse Gas Inventories (NGHGIs) for 1994, 2005, 2010, 2012, and 2014. Anthropogenic CO2 emissions in China have increased by 7.39 times from 1980 to 12.77 Gt CO2 a-1 in 2021. While benefiting from ecological projects (e.g., Three Norths Shelter Forest System Project), the land carbon sink in China has reached 1.65 Gt CO2 a-1 averaged through 2010-2021, which is almost 15.81 times that of the carbon sink in the 1980s. On average, China's terrestrial ecosystems offset 14.69% ± 2.49% of anthropogenic CO2 emissions through 2010-2021. Two provincial-level administrative regions of China, Xizang and Qinghai, have achieved carbon neutrality according to our estimates, but nearly half of the administrative regions of China have terrestrial carbon sink offsets of less than 10% of anthropogenic CO2 emissions. This study indicated a high level of consistency between NGHGIs and various datasets used for estimating fossil CO2 emissions, but found notable differences for land carbon sinks. Future estimates of the terrestrial carbon sinks of NGHGIs urgently need to be verified with process-based models which integrate the comprehensive carbon cycle processes.

Land use change (LUC)-induced surface albedo effects for expansive biofuel production need to be quantified for improved understanding of biofuel climate impacts.

Global vegetation greening trend stalled after the late 1990s due to increased atmospheric water demand.