The severity of damaging human-induced climate change depends not only on the magnitude of the change but also on the potential for irreversibility. This paper shows that the climate change that takes place due to increases in carbon dioxide concentration is largely irreversible for 1,000 years after emissions stop. Following cessation of emissions, removal of atmospheric carbon dioxide decreases radiative forcing, but is largely compensated by slower loss of heat to the ocean, so that atmospheric temperatures do not drop significantly for at least 1,000 years. Among illustrative irreversible impacts that should be expected if atmospheric carbon dioxide concentrations increase from current levels near 385 parts per million by volume (ppmv) to a peak of 450-600 ppmv over the coming century are irreversible dry-season rainfall reductions in several regions comparable to those of the "dust bowl" era and inexorable sea level rise. Thermal expansion of the warming ocean provides a conservative lower limit to irreversible global average sea level rise of at least 0.4-1.0 m if 21st century CO(2) concentrations exceed 600 ppmv and 0.6-1.9 m for peak CO(2) concentrations exceeding approximately 1,000 ppmv. Additional contributions from glaciers and ice sheet contributions to future sea level rise are uncertain but may equal or exceed several meters over the next millennium or longer.

Abstract. The responses of carbon dioxide (CO2) and other climate variables to an emission pulse of CO2 into the atmosphere are often used to compute the Global Warming Potential (GWP) and Global Temperature change Potential (GTP), to characterize the response timescales of Earth System models, and to build reduced-form models. In this carbon cycle-climate model intercomparison project, which spans the full model hierarchy, we quantify responses to emission pulses of different magnitudes injected under different conditions. The CO2 response shows the known rapid decline in the first few decades followed by a millennium-scale tail. For a 100 Gt-C emission pulse added to a constant CO2 concentration of 389 ppm, 25 ± 9% is still found in the atmosphere after 1000 yr; the ocean has absorbed 59 ± 12% and the land the remainder (16 ± 14%). The response in global mean surface air temperature is an increase by 0.20 ± 0.12 °C within the first twenty years; thereafter and until year 1000, temperature decreases only slightly, whereas ocean heat content and sea level continue to rise. Our best estimate for the Absolute Global Warming Potential, given by the time-integrated response in CO2 at year 100 multiplied by its radiative efficiency, is 92.5 × 10−15 yr W m−2 per kg-CO2. This value very likely (5 to 95% confidence) lies within the range of (68 to 117) × 10−15 yr W m−2 per kg-CO2. Estimates for time-integrated response in CO2 published in the IPCC First, Second, and Fourth Assessment and our multi-model best estimate all agree within 15% during the first 100 yr. The integrated CO2 response, normalized by the pulse size, is lower for pre-industrial conditions, compared to present day, and lower for smaller pulses than larger pulses. In contrast, the response in temperature, sea level and ocean heat content is less sensitive to these choices. Although, choices in pulse size, background concentration, and model lead to uncertainties, the most important and subjective choice to determine AGWP of CO2 and GWP is the time horizon.

Abstract. Ocean acidification from the uptake of anthropogenic carbon is simulated for the industrial period and IPCC SRES emission scenarios A2 and B1 with a global coupled carbon cycle-climate model. Earlier studies identified seawater saturation state with respect to aragonite, a mineral phase of calcium carbonate, as a key variable governing impacts on corals and other shell-forming organisms. Globally in the A2 scenario, water saturated by more than 300%, considered suitable for coral growth, vanishes by 2070 AD (CO2≈630 ppm), and the ocean volume fraction occupied by saturated water decreases from 42% to 25% over this century. The largest simulated pH changes worldwide occur in Arctic surface waters, where hydrogen ion concentration increases by up to 185% (ΔpH=−0.45). Projected climate change amplifies the decrease in Arctic surface mean saturation and pH by more than 20%, mainly due to freshening and increased carbon uptake in response to sea ice retreat. Modeled saturation compares well with observation-based estimates along an Arctic transect and simulated changes have been corrected for remaining model-data differences in this region. Aragonite undersaturation in Arctic surface waters is projected to occur locally within a decade and to become more widespread as atmospheric CO2 continues to grow. The results imply that surface waters in the Arctic Ocean will become corrosive to aragonite, with potentially large implications for the marine ecosystem, if anthropogenic carbon emissions are not reduced and atmospheric CO2 not kept below 450 ppm.

A coupled physical‐biogeochemical climate model that includes a dynamic global vegetation model and a representation of a coupled atmosphere‐ocean general circulation model is driven by the nonintervention emission scenarios recently developed by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Atmospheric CO 2 , carbon sinks, radiative forcing by greenhouse gases (GHGs) and aerosols, changes in the fields of surface‐air temperature, precipitation, cloud cover, ocean thermal expansion, and vegetation structure are projected. Up to 2100, atmospheric CO 2 increases to 540 ppm for the lowest and to 960 ppm for the highest emission scenario analyzed. Sensitivity analyses suggest an uncertainty in these projections of −10 to +30% for a given emission scenario. Radiative forcing is estimated to increase between 3 and 8 W m −2 between now and 2100. Simulated warmer conditions in North America and Eurasia affect ecosystem structure: boreal trees expand poleward in high latitudes and are partly replaced by temperate trees and grasses at lower latitudes. The consequences for terrestrial carbon storage depend on the assumed sensitivity of climate to radiative forcing, the sensitivity of soil respiration to temperature, and the rate of increase in radiative forcing by both CO 2 and other GHGs. In the most extreme cases, the terrestrial biosphere becomes a source of carbon during the second half of the century. High GHG emissions and high contributions of non‐CO 2 agents to radiative forcing favor a transient terrestrial carbon source by enhancing warming and the associated release of soil carbon.

Acidification Blues The increase in the concentration of atmospheric carbon dioxide threatens the health of the ocean's ecosystems because of the resulting acidification of the ocean and the decrease in its carbonate saturation state. Gruber et al. (p. 220 , published online 14 June) used a regional ocean model to project how the saturation state of aragonite, a form of calcium carbonate that is produced by many marine organisms, will change in the California Current System through the year 2050. The sea floor along many parts of the California coast is likely to become exposed to year-round aragonite undersaturation within the next 20 to 30 years, a situation that could severely reduce the range of habitats for marine shellfish.

Evaluation and communication of the relative degree of certainty in assessment findings are key cross-cutting issues for the three Working Groups of the Intergovernmental Panel on Climate Change. A goal for the Fifth Assessment Report, which is currently under development, is the application of a common framework with associated calibrated uncertainty language that can be used to characterize findings of the assessment process. A guidance note for authors of the Fifth Assessment Report has been developed that describes this common approach and language, building upon the guidance employed in past Assessment Reports. Here, we introduce the main features of this guidance note, with a focus on how it has been designed for use by author teams. We also provide perspectives on considerations and challenges relevant to the application of this guidance in the contribution of each Working Group to the Fifth Assessment Report. Despite the wide spectrum of disciplines encompassed by the three Working Groups, we expect that the framework of the new uncertainties guidance will enable consistent communication of the degree of certainty in their policy-relevant assessment findings.