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Estimation de la rétroaction du carbone du pergélisol de surface dans le réchauffement climatique

Estimating the near-surface permafrost-carbon feedback on global warming

Schneider Von Deimling, T.S., and al.
Biogeosciences

Le dégel du pergélisol et le relargage associé de carbone constitue une rétroaction positive dans le système climatique, qui réhausse les effets des émissions anthropogéniques de gaz à effets de serre pour les températures moyennes du globe. Plusieurs facteurs ont géné la quantification de cette rétroactivité, qui n’est pas incluse dans les modèles du cycle du carbone du climat qui étaient intégrés dans les récents modèles d’intercomparaisons (tel que le projet d’intercomparaison de modèles couplés du climat et du cycle du carbone, CMIP4). Il y a des incertitudes considérables dans le rythme et l’extension du pergélisol, dans la réponse hydrologique et végétale à la fonte du pergélisol, dans l’échelle de temps de la décomposition de la matière organique, dans la proportion de carbone dans les sols qui peut être émis comme dioxide de carbone via la décomposition en aérobie ou sous forme de méthane via la décomposition en anaérobie. Enfin, il existe aussi des incertitudes quant à l’ampleur de de l’augmentation du réchauffement climatique en haute altitude qui entrainent la dégradation du pergélisol. De plus, il y a des hétérogénéités régionales faiblement caractéristiques pour les propriétés du sol, le teneur en carbone et l’hydrologie. Ici, nous avons couplé un nouveau module du pergélisol avec un modèle climatique réduisant la complexité du cycle du carbone, ce qui a permit d’améliorer un large ensemble de simulations. L’ensemble est conçut pour appuyer sur les incertitudes listées plus haut et selon les résultats, réaliser une estimation de la force potentielle de la rétroaction du carbone du pergélisol nouvellement dégelé. Selon les scénario de forte concentration de CO2 (RCP8.5), 33 à 114 giga tonnes de carbone devraient être relaché d’ici à 2100 (avec un taux d’incertitude de 68%). Cela conduit à un réchauffement supplémentaire de 0,04-0.23°C d’ici 2100, une augmentation de 0.38°C (0.18-0.78°C) d’ici 2200 et 0.42°C (0.24-0.78°C) d’ici 2300. Bien que les émissions de carbone du pergélisol projetés pour le 21ème siècle soient relativement modestes, l’augmentation du dégel du pergélisol et la décomposition moyenne du carbone du sol, ralentie mais régulière, signifie que d’ici 2300, la moitié du potentiel environ du stock de carbone contenu dans le pergélisol sur une profondeur de 3 mètres sous le niveau du sol (600-1000 GtC) pourrait être relaché sous forme de CO2, avec en plus 1 à 4% relâché sous forme de méthane. Nos résultats sugèrent que l’action d’atténuation,  selon le plus bas des scenari (RCP2.6), pourrait suffisamment contenir l’augmentation des températures de l’Arctique pour que le dégel de l’ensemble du pergélisol soit limitée entre 9 à 23% et que le carbone du pergélisol induise une augmentation de température qui n’excède pas 0.04-0.16°C d’ici 2300.

 

Abstract :

Thawing of permafrost and the associated release of carbon constitutes a positive feedback in the climate system, elevating the effect of anthropogenic GHG emissions on global-mean temperatures. Multiple factors have hindered the quantification of this feedback, which was not included in climate carbon-cycle models which participated in recent model intercomparisons (such as the Coupled Carbon Cycle Climate Model Intercomparison Project – C4MIP). There are considerable uncertainties in the rate and extent of permafrost thaw, the hydrological and vegetation response to permafrost thaw, the decomposition timescales of freshly thawed organic material, the proportion of soil carbon that might be emitted as carbon dioxide via aerobic decomposition or as methane via anaerobic decomposition, and in the magnitude of the high latitude amplification of global warming that will drive permafrost degradation. Additionally, there are extensive and poorly characterized regional heterogeneities in soil properties, carbon content, and hydrology. Here, we couple a new permafrost module to a reduced complexity carbon-cycle climate model, which allows us to perform a large ensemble of simulations. The ensemble is designed to span the uncertainties listed above and thereby the results provide an estimate of the potential strength of the feedback from newly thawed permafrost carbon. For the high CO2 concentration scenario (RCP8.5), 33–114 GtC (giga tons of Carbon) are released by 2100 (68% uncertainty range). This leads to an additional warming of 0.04–0.23 C by 2100, further increasing to 0.38 C (0.18–0.78C) by 2200 and 0.42 C (0.24–0.78C) in 2300. Though projected 21st century permafrost carbon emissions are relatively modest, ongoing permafrost thaw and slow but steady soil carbon decomposition means that, by 2300, about half of the potentially vulnerable permafrost carbon stock in the upper 3m of soil layer (600–1000 GtC) could be released as CO2, with an extra 1–4% being released as methane. Our results also suggest that mitigation action in line with the lower scenario RCP2.6 could contain Arctic temperature increase sufficiently that thawing of the permafrost area is limited to 9–23% and the permafrost-carbon induced temperature increase does not exceed 0.04–0.16°C by 2300.

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