• Energy Research

AbstractIn the framework of the RECCAP2 initiative, we present the greenhouse gas (GHG) and carbon (C) budget of Europe. For the decade of the 2010s, we present a bottom‐up (BU) estimate of GHG net‐emissions of 3.9 Pg CO2‐eq. yr−1 (using a global warming potential on a 100 years horizon), which are largely dominated by fossil fuel emissions. In this decade, terrestrial ecosystems acted as a net GHG sink of 0.9 Pg CO2‐eq. yr−1, dominated by a CO2 sink that was partially counterbalanced by net emissions of CH4 and N2O. For CH4 and N2O, we find good agreement between BU and top‐down (TD) estimates from atmospheric inversions. However, our BU land CO2 sink is significantly higher than the TD estimates. We further show that decadal averages of GHG net‐emissions have declined by 1.2 Pg CO2‐eq. yr−1 since the 1990s, mainly due to a reduction in fossil fuel emissions. In addition, based on both data driven BU and TD estimates, we also find that the land CO2 sink has weakened over the past two decades. A large part of the European CO2 and C sinks is located in Northern Europe. At the same time, we find a decreasing trend in sink strength in Scandinavia, which can be attributed to an increase in forest management intensity. These are partly offset by increasing CO2 sinks in parts of Eastern Europe and Northern Spain, attributed in part to land use change. Extensive regions of high CH4 and N2O emissions are mainly attributed to agricultural activities and are found in Belgium, the Netherlands and the southern UK. We further analyzed interannual variability in the GHG budgets. The drought year of 2003 shows the highest net‐emissions of CO2 and of all GHGs combined.

Aunque el cultivo de arroz es una de las fuentes agrícolas más importantes de metano (CH4) y contribuye con ~8% del total de las emisiones antropogénicas globales, persisten grandes discrepancias entre las estimaciones de las emisiones globales de CH4 del cultivo de arroz (que van de 18 a 115 Tg CH4 año−1) debido a la falta de limitaciones observables. La distribución espacial de las emisiones de arrozales se ha evaluado a escalas regionales a globales mediante inventarios ascendentes y modelos de superficie terrestre sobre resolución espacial gruesa (por ejemplo, > 0,5°) o unidades espaciales (por ejemplo, zonas agroecológicas). Sin embargo, las estimaciones de flujo de CH4 de alta resolución capaces de capturar los efectos del clima local y las prácticas de gestión sobre las emisiones, así como la replicación de datos in situ, siguen siendo difíciles de producir debido a la escasez de mapas de arroz de alta resolución y a la insuficiente comprensión de los predictores de CH4. Aquí, combinamos datos de flujo de metano de arroz con arroz de 23 sitios de covarianza de remolinos globales y datos de teledetección MODIS con aprendizaje automático para 1) evaluar el rendimiento del modelo basado en datos y la importancia variable para predecir los flujos de CH4 de arroz; y 2) producir estimaciones cuadriculadas de aumento de escala de las emisiones de CH4 de arroz a una resolución de 5000 m en toda Asia monzónica, donde se cultiva ~87% del área mundial de arroz y se produce ~ 90% de la producción mundial de arroz. Nuestro modelo de bosque aleatorio logró valores de eficiencia de Nash-Sutcliffe de 0,59 y 0,69 para flujos de CH4 de 8 días y flujos de CH4 medios del sitio, respectivamente, con índices relacionados con la temperatura de la superficie terrestre, la biomasa y la disponibilidad de agua como los predictores más importantes. Estimamos que las emisiones anuales promedio de arroz con cáscara CH4 (excluida la temporada de barbecho invernal) en toda Asia monzónica son de 20.6 ± 1.1 Tg año−1 para 2001–2015, que se encuentra en el rango más bajo de las estimaciones anteriores basadas en el inventario (20–32 CH4 Tg año−1). Nuestras estimaciones también sugieren que las emisiones de CH4 del arroz con cáscara en esta región han estado disminuyendo desde 2007 hasta 2015 después de las disminuciones tanto en el área de cultivo de arroz con cáscara como en las tasas de emisión por unidad de área, lo que sugiere que las emisiones de CH4 del arroz con cáscara en el monzón de Asia probablemente no hayan contribuido al renovado crecimiento del CH4 atmosférico en los últimos años. Bien que la riziculture soit l'une des plus importantes sources agricoles de méthane (CH4) et contribue à environ8% des émissions anthropiques mondiales totales, de grands écarts subsistent entre les estimations des émissions mondiales de CH4 provenant de la riziculture (allant de 18 à 115 Tg de CH4 par an) en raison d'un manque de contraintes d'observation. La distribution spatiale des émissions de riz paddy a été évaluée à l'échelle régionale et mondiale par des inventaires ascendants et des modèles de surface terrestre sur une résolution spatiale grossière (par exemple, > 0,5°) ou des unités spatiales (par exemple, des zones agro-écologiques). Cependant, les estimations de flux de CH4 à haute résolution capables de capturer les effets du climat local et des pratiques de gestion sur les émissions, ainsi que de reproduire les données in situ, restent difficiles à produire en raison de la rareté des cartes à haute résolution du riz paddy et d'une compréhension insuffisante des prédicteurs de CH4. Ici, nous combinons les données de flux de méthane de riz paddy provenant de 23 sites mondiaux de covariance des tourbillons et les données de télédétection MODIS avec l'apprentissage automatique pour 1) évaluer les performances du modèle basé sur les données et l'importance variable pour prédire les flux de CH4 du riz ; et 2) produire des estimations maillées des émissions de CH4 du riz à une résolution de 5000 m dans toute l'Asie de la mousson, où ∼87 % de la superficie mondiale du riz est cultivée et ∼ 90 % de la production mondiale de riz se produit. Notre modèle de forêt aléatoire a atteint des valeurs d'efficacité de Nash-Sutcliffe de 0,59 et 0,69 pour les flux de CH4 sur 8 jours et les flux de CH4 moyens du site, respectivement, la température de surface du sol, la biomasse et les indices liés à la disponibilité de l'eau étant les prédicteurs les plus importants. Nous estimons que les émissions annuelles moyennes de CH4 de riz paddy (hors saison de jachère hivernale) dans toute l'Asie de la mousson sont de 20,6 ± 1,1 Tgan-1 pour 2001–2015, ce qui se situe dans la fourchette inférieure des estimations antérieures basées sur les inventaires (20–32 Tgan-1 de CH4). Nos estimations suggèrent également que les émissions de CH4 du riz paddy dans cette région ont diminué de 2007 à 2015 à la suite de baisses à la fois de la superficie cultivée en riz paddy et des taux d'émission par unité de surface, ce qui suggère que les émissions de CH4 du riz paddy dans Monsoon Asia n'ont probablement pas contribué à la croissance renouvelée du CH4 atmosphérique ces dernières années. Although rice cultivation is one of the most important agricultural sources of methane (CH4) and contributes ∼8% of total global anthropogenic emissions, large discrepancies remain among estimates of global CH4 emissions from rice cultivation (ranging from 18 to 115 Tg CH4 yr−1) due to a lack of observational constraints. The spatial distribution of paddy-rice emissions has been assessed at regional-to-global scales by bottom-up inventories and land surface models over coarse spatial resolution (e.g., > 0.5°) or spatial units (e.g., agro-ecological zones). However, high-resolution CH4 flux estimates capable of capturing the effects of local climate and management practices on emissions, as well as replicating in situ data, remain challenging to produce because of the scarcity of high-resolution maps of paddy-rice and insufficient understanding of CH4 predictors. Here, we combine paddy-rice methane-flux data from 23 global eddy covariance sites and MODIS remote sensing data with machine learning to 1) evaluate data-driven model performance and variable importance for predicting rice CH4 fluxes; and 2) produce gridded up-scaling estimates of rice CH4 emissions at 5000-m resolution across Monsoon Asia, where ∼87% of global rice area is cultivated and ∼ 90% of global rice production occurs. Our random-forest model achieved Nash-Sutcliffe Efficiency values of 0.59 and 0.69 for 8-day CH4 fluxes and site mean CH4 fluxes respectively, with land surface temperature, biomass and water-availability-related indices as the most important predictors. We estimate the average annual (winter fallow season excluded) paddy rice CH4 emissions throughout Monsoon Asia to be 20.6 ± 1.1 Tg yr−1 for 2001–2015, which is at the lower range of previous inventory-based estimates (20–32 CH4 Tg yr−1). Our estimates also suggest that CH4 emissions from paddy rice in this region have been declining from 2007 through 2015 following declines in both paddy-rice growing area and emission rates per unit area, suggesting that CH4 emissions from paddy rice in Monsoon Asia have likely not contributed to the renewed growth of atmospheric CH4 in recent years. على الرغم من أن زراعة الأرز هي واحدة من أهم المصادر الزراعية للميثان (CH4) وتساهم بنسبة 8 ٪ من إجمالي الانبعاثات العالمية البشرية المنشأ، إلا أنه لا تزال هناك اختلافات كبيرة بين تقديرات انبعاثات الميثان العالمية من زراعة الأرز (التي تتراوح من 18 إلى 115 تيراغرام من الميثان في السنة−1) بسبب نقص قيود المراقبة. تم تقييم التوزيع المكاني لانبعاثات الأرز والأرز على المستويات الإقليمية إلى العالمية من خلال قوائم الجرد التصاعدية ونماذج سطح الأرض على الدقة المكانية الخشنة (على سبيل المثال، > 0.5درجة) أو الوحدات المكانية (على سبيل المثال، المناطق الزراعية الإيكولوجية). ومع ذلك، لا تزال تقديرات تدفق الميثان عالية الدقة القادرة على التقاط آثار المناخ المحلي وممارسات الإدارة على الانبعاثات، وكذلك تكرار البيانات في الموقع، صعبة الإنتاج بسبب ندرة الخرائط عالية الدقة لأرز الأرز وعدم كفاية فهم تنبؤات الميثان. هنا، نجمع بين بيانات تدفق الميثان من الأرز والأرز من 23 موقعًا عالميًا للتباين الدوامي وبيانات الاستشعار عن بعد MODIS مع التعلم الآلي من أجل 1) تقييم أداء النموذج القائم على البيانات والأهمية المتغيرة للتنبؤ بتدفقات CH4 للأرز ؛ و 2) إنتاج تقديرات شبكية لانبعاثات CH4 للأرز بدقة 5000 متر في جميع أنحاء آسيا الموسمية، حيث تتم زراعة 87 ٪ من مساحة الأرز العالمية و 90 ٪ من إنتاج الأرز العالمي. حقق نموذجنا للغابات العشوائية قيم كفاءة ناش- سوتكليف البالغة 0.59 و 0.69 لتدفقات الميثان لمدة 8 أيام ومتوسط تدفقات الميثان في الموقع على التوالي، مع مؤشرات درجة حرارة سطح الأرض والكتلة الحيوية وتوافر المياه كأهم المؤشرات. نقدر المتوسط السنوي (باستثناء موسم الإراحة الشتوية) لانبعاثات الميثان من الأرز في جميع أنحاء آسيا الموسمية بـ 20.6 ± 1.1 تيراغرام في السنة-1 للفترة 2001–2015، وهو في النطاق الأدنى للتقديرات السابقة القائمة على المخزون (20–32 تيراغرام في السنة-1). تشير تقديراتنا أيضًا إلى أن انبعاثات الميثان من أرز الأرز في هذه المنطقة قد انخفضت من عام 2007 حتى عام 2015 بعد الانخفاضات في كل من مساحة زراعة أرز الأرز ومعدلات الانبعاثات لكل وحدة مساحة، مما يشير إلى أن انبعاثات الميثان من أرز الأرز في الرياح الموسمية في آسيا من المحتمل ألا تساهم في النمو المتجدد للميثان في الغلاف الجوي في السنوات الأخيرة.

Stand age significantly influences the functioning of forest ecosystems by shaping structural and physiological plant traits, affecting water and carbon budgets. Forest age distribution is determined by the interplay of tree mortality and regeneration, influenced by both natural and anthropogenic disturbances. Unfortunately, human-driven alteration of tree age distribution presents an underexplored avenue for enhancing forest stability and resilience. In our study, we investigated how age impacts the stability and resilience of the forest carbon budget under both current and future climate conditions. We employed a state–of–the–science biogeochemical, biophysical, validated process–based model on historically managed forest stands, projecting their future as undisturbed systems, i.e., left at their natural evolution with no management interventions (i.e., forests are left to develop undisturbed). Such a model, forced by climate data from five Earth System Models under four representative climate scenarios and one baseline scenario to disentangle the effect of climate change, spanned several age classes as representative of the current European forests' context, for each stand. Our findings indicate that Net Primary Production (NPP) peaks in the young and middle-aged classes (16- to 50-year-old), aligning with longstanding ecological theories, regardless of the climate scenario. Under climate change, the beech forest exhibited an increase in NPP and maintained stability across all age classes, while resilience remained constant with rising atmospheric CO2 and temperatures. However, NPP declined under climate change scenarios for the Norway spruce and Scots pine sites. In these coniferous forests, stability and resilience were more influenced. These results underscore the necessity of accounting for age class diversity –lacking in most, if not all, the current Global Vegetation Models – for reliable and robust assessments of the impacts of climate change on future forests’ stability and resilience capacity. We, therefore, advocate for customized management strategies that enhance the adaptability of forests to changing climatic conditions, taking into account the diverse responses of different species and age groups to climate. Journal of Environmental Management, 366 ISSN:0301-4797 ISSN:1095-8630

{"references": ["Collalti A, Perugini L, Santini M, Chiti T, Nol\u00e8 A, Matteucci G, Valentini R et al. A process-based model to simulate growth in forests with complex structure: Evaluation and use of 3D-CMCC Forest Ecosystem Model in a deciduous forest in Central Italy. Ecological Modelling,272,362-378,2013"]} This repository contains the original source code of the 3D-CMCC-FEM model developed by A. Collalti et al 2013, the model inputs, the model outputs and validation outputs related to the manuscript entitled "No leeway to enhance carbon sequestration and stock capacity via changes to forest management"

This repository contains the original source code of the 3D-CMCC-FEM model developed by A. Collalti et al 2013, the model inputs, the model outputs and validation outputs related to the manuscript entitled "Feasibility of enhancing carbon sequestration and stock capacity in temperate and boreal European forests via changes to management regimes" {"references": ["Collalti A, Perugini L, Santini M, Chiti T, Nol\u00e8 A, Matteucci G, Valentini R et al. A process-based model to simulate growth in forests with complex structure: Evaluation and use of 3D-CMCC Forest Ecosystem Model in a deciduous forest in Central Italy. Ecological Modelling,272,362-378,2013"]}

AbstractForest management practices might act as nature-based methods to remove CO2from the atmosphere and slow anthropogenic climate change and thus support an EU forest-based climate change mitigation strategy. However, the extent to which diversified management actions could lead to quantitatively important changes in carbon sequestration and stocking capacity at the tree level remains to be thoroughly assessed. To that end, we used a state-of-the-science bio-geochemically based forest growth model to simulate effects of multiple forest management scenarios on net primary productivity (NPP) and potential carbon woody stocks (pCWS) under twenty scenarios of climate change in a suite of observed and virtual forest stands in temperate and boreal European forests. Previous modelling experiments indicated that the capacity of forests to assimilate and store atmospheric CO2in woody biomass is already being attained under business-as-usual forest management practices across a range of climate change scenarios. Nevertheless, we find that on the long-term, with increasing atmospheric CO2concentration and warming, managed forests show both higher productivity capacity and a larger potential pool size of stored carbon than unmanaged forests as long as thinning and tree harvesting are of moderate intensity.