Global uppvärmning utgör ett betydande hot mot ekosystem, samhällen och ekonomier världen över. Under de senaste decennierna har ett internationellt klimatpolitiskt mål om att begränsa den globala uppvärmningen till 2°C över förindustriella nivåer fastställts. Detta för att undvika allvarliga och oåterkalleliga effekter på miljön.
Internationella överenskommelser som Parisavtalet och politiska ramverk, inklusive mekanismer för koldioxidprissättning, spelar en avgörande roll för att uppnå detta mål. Klimatbeslut drivs ofta av information och data som erhållits från simulerings- och modelleringsramverk eftersom de gör det möjligt för beslutsfattare att bedöma de potentiella effekterna av olika politiska alternativ, förstå klimatsystemets dynamik och utvärdera effektiviteten hos olika begränsnings- och anpassningsstrategier.
Nu har ett team av forskare under ledning av biträdande professor He Xiaogang från NUS Civil and Environmental Engineering tillämpat detta tillvägagångssätt på framtida markanvändningsplanering och politiska beslut som syftar till att mildra klimatförändringarna.
Specifikt utvärderade de de biogeofysiska och biogeokemiska implikationerna av två landbaserade begränsningsscenarier med hjälp av en integrerad modelleringsram. Deras arbete publicerades nyligen i Proceedings of the National Academy of Sciences .
Biogeofysiska processer påverkar den fysiska miljön, inklusive förändringar i energi, fukt och luftrörelser i atmosfären. Dessa processer interagerar med landdrivna biogeokemiska processer som kolbindning, där naturliga ekosystem som skogar och hav fångar upp och lagrar atmosfärisk koldioxid.
Samtidigt kan biogeokemiska processer påverka energi- och fuktförändringar i atmosfären. Tillsammans spelar dessa processer avgörande roller för att reglera jordens klimat. Att förstå dessa processer är därför väsentligt när man utvecklar effektiva strategier för att mildra klimatförändringar, eller göra det möjligt för ekosystem eller samhälle att anpassa sig till klimatförändringarna.
I Asst Prof Hes studie användes ett integrerat ramverk för modellering av mänskliga jordsystem för två begränsningsscenarier – bioenergi med avskiljning och lagring av koldioxid (BECCS), och återplantering av skog och beskogning (återplantering av skog) – för att undersöka deras inverkan på markens kolsänka och klimat.
BECCS utforskar bioenergi (energi som härrör från biomassa) i kombination med teknik för avskiljning och lagring av kol. Allt fler bevis tyder på att det finns potentiella oavsiktliga konsekvenser av storskalig bioenergiexpansion, inklusive bioenergiodling-inducerade koldioxidutsläpp och förvärrad vattenstress. Sådana konsekvenser kan uppväga de beräknade fördelarna med kolavlägsnande av BECCS.
På liknande sätt kan det biogeofysiska svaret på återbeskogning i vissa regioner påverka lokala mikroklimat, modifiera vattenkretslopp och påverka absorption och reflektion av solstrålning. Detta kan kompensera klimatfördelarna med kolbindning i skogen. Sådana begränsningsåtgärder kan dock optimeras om de tillämpas strategiskt för att maximera deras miljöfördelar.
Två samutvecklade scenarier undersöktes. Närmare bestämt SSP226Lu-BIOCROP, som är inriktat på bioenergiexpansion, och SSP126Lu-REFOREST som bedömer åter-/beskogning. Dessa scenarier är alternativa landbaserade begränsningsvägar som är baserade på Shared Socioeconomic Pathways (SSPs), som är klimatförändringsscenarier för prognostiserade socioekonomiska globala förändringar fram till 2100 enligt definitionen i IPCC:s sjätte utvärderingsrapport.
I sin bedömning fann Asst Prof He att den effektiva kolsänkan (Cnet ) associerad med SSP126Lu-REFOREST är starkt beroende av miljöförhållandenas förmåga att stödja skogstillväxt i projicerade återbeskogade regioner.
Regioner som Centrala USA och Europa uppvisar små eller inga kolvinster i de återbeskogade regionerna eftersom de förutspås inte stödja trädtillväxt, medan regioner som Sydostasien, Centralafrika och Sydamerika har mycket större kolvinster som de uppvisar framgångsrik skogstillväxt.
Dessutom Cnet för SSP226Lu-BIOCROP är starkt beroende av antaganden relaterade till BECCS tekniska framsteg och framsteg. Till exempel uppvisar SSP226Lu-BIOCROP en större variation för Cnet på grund av osäkerheter i framtida biomassautbyte, energiomvandlingsteknik och effektiviteten av kolavskiljning och lagring (CCS).
Det föreskrivs att snabba tekniska framsteg inom biomassautbyte, biobränsleomvandling och CCS-teknik skulle kunna tillåta mark i SSP226Lu-BIOCROP att vara en betydligt större effektiv kolsänka jämfört med SSP126Lu-REFOREST, och vice versa.
Studien avslöjade också de rumsliga och säsongsberoende klimatkonsekvenserna av de två begränsningsscenarierna. SSP226Lu-BIOCROP föreslås resultera i ett svalare klimat globalt jämfört med SSP126Lu-REFOREST, men detta är inte enhetligt över regioner och årstider. Den relativa kyleffekten är mer uttalad på höga breddgrader än i tropiska och tempererade områden och under sommaren (juni–aug).
Detta beror på att den kylande fördelen från albedoeffekten – en ytas förmåga att reflektera solljus tillbaka till rymden – är starkare än det uppvärmningsbidrag som drivs av minskningen av evapotranspiration. Däremot orsakar den bioenergidrivna avskogningen i tropiska områden en relativ uppvärmningseffekt när man jämför SSP226Lu-BIOCROP med SSP126Lu-REFOREST.
Sammantaget förbättrar Asst Prof Hes studie vår förståelse av effekterna av två landbaserade begränsningsstrategier och betonar vikten av att beakta tekniska framsteg och regionala miljöförhållanden när man utformar effektiva landbaserade begränsningsstrategier.
Det belyser också betydelsen av att optimera platser för återbeskogning och bioenergiexpansion i framtida markanvändningsplanering, för att maximera sannolikheten för att alla avsedda begränsningsresultat kommer att uppnås.
Särskilt avslöjar studien också varierande effektivitet för återbeskogning i tempererade regioner, vilket innebär möjligheten att synergistiskt integrera återbeskogning och bioenergiexpansion för att maximera klimatreducerande resultat.
Dessa resultat ger insikter för strategisk markanvändningsplanering och politiska beslut, för att bättre hantera klimatförändringar och optimera begränsningsåtgärder på regional och global skala.
Mer information: Yanyan Cheng et al, En bioenergifokuserad versus en återplanteringsfokuserad minskningsväg ger olika kollagring och klimatsvar, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2306775121
Tillhandahålls av National University of Singapore
