Abstract. Accurate assessment of anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions and their redistribution among the atmosphere, ocean, and terrestrial biosphere – the “global carbon budget” – is important to better understand the global carbon cycle, support the development of climate policies, and project future climate change. Here we describe data sets and methodology to quantify the five major components of the global carbon budget and their uncertainties. Fossil CO2 emissions (EFF) are based on energy statistics and cement production data, while emissions from land use change (ELUC), mainly deforestation, are based on land use and land use change data and bookkeeping models. Atmospheric CO2 concentration is measured directly and its growth rate (GATM) is computed from the annual changes in concentration. The ocean CO2 sink (SOCEAN) and terrestrial CO2 sink (SLAND) are estimated with global process models constrained by observations. The resulting carbon budget imbalance (BIM), the difference between the estimated total emissions and the estimated changes in the atmosphere, ocean, and terrestrial biosphere, is a measure of imperfect data and understanding of the contemporary carbon cycle. All uncertainties are reported as ±1σ. For the last decade available (2009–2018), EFF was 9.5±0.5 GtC yr−1, ELUC 1.5±0.7 GtC yr−1, GATM 4.9±0.02 GtC yr−1 (2.3±0.01 ppm yr−1), SOCEAN 2.5±0.6 GtC yr−1, and SLAND 3.2±0.6 GtC yr−1, with a budget imbalance BIM of 0.4 GtC yr−1 indicating overestimated emissions and/or underestimated sinks. For the year 2018 alone, the growth in EFF was about 2.1 % and fossil emissions increased to 10.0±0.5 GtC yr−1, reaching 10 GtC yr−1 for the first time in history, ELUC was 1.5±0.7 GtC yr−1, for total anthropogenic CO2 emissions of 11.5±0.9 GtC yr−1 (42.5±3.3 GtCO2). Also for 2018, GATM was 5.1±0.2 GtC yr−1 (2.4±0.1 ppm yr−1), SOCEAN was 2.6±0.6 GtC yr−1, and SLAND was 3.5±0.7 GtC yr−1, with a BIM of 0.3 GtC. The global atmospheric CO2 concentration reached 407.38±0.1 ppm averaged over 2018. For 2019, preliminary data for the first 6–10 months indicate a reduced growth in EFF of +0.6 % (range of −0.2 % to 1.5 %) based on national emissions projections for China, the USA, the EU, and India and projections of gross domestic product corrected for recent changes in the carbon intensity of the economy for the rest of the world. Overall, the mean and trend in the five components of the global carbon budget are consistently estimated over the period 1959–2018, but discrepancies of up to 1 GtC yr−1 persist for the representation of semi-decadal variability in CO2 fluxes. A detailed comparison among individual estimates and the introduction of a broad range of observations shows (1) no consensus in the mean and trend in land use change emissions over the last decade, (2) a persistent low agreement between the different methods on the magnitude of the land CO2 flux in the northern extra-tropics, and (3) an apparent underestimation of the CO2 variability by ocean models outside the tropics. This living data update documents changes in the methods and data sets used in this new global carbon budget and the progress in understanding of the global carbon cycle compared with previous publications of this data set (Le Quéré et al., 2018a, b, 2016, 2015a, b, 2014, 2013). The data generated by this work are available at https://doi.org/10.18160/gcp-2019 (Friedlingstein et al., 2019).

Abstract. Accurate assessment of anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions and their redistribution among the atmosphere, ocean, and terrestrial biosphere – the “global carbon budget” – is important to better understand the global carbon cycle, support the development of climate policies, and project future climate change. Here we describe data sets and methodology to quantify the five major components of the global carbon budget and their uncertainties. Fossil CO2 emissions (EFF) are based on energy statistics and cement production data, while emissions from land use and land-use change (ELUC), mainly deforestation, are based on land use and land-use change data and bookkeeping models. Atmospheric CO2 concentration is measured directly and its growth rate (GATM) is computed from the annual changes in concentration. The ocean CO2 sink (SOCEAN) and terrestrial CO2 sink (SLAND) are estimated with global process models constrained by observations. The resulting carbon budget imbalance (BIM), the difference between the estimated total emissions and the estimated changes in the atmosphere, ocean, and terrestrial biosphere, is a measure of imperfect data and understanding of the contemporary carbon cycle. All uncertainties are reported as ±1σ. For the last decade available (2008–2017), EFF was 9.4±0.5 GtC yr−1, ELUC 1.5±0.7 GtC yr−1, GATM 4.7±0.02 GtC yr−1, SOCEAN 2.4±0.5 GtC yr−1, and SLAND 3.2±0.8 GtC yr−1, with a budget imbalance BIM of 0.5 GtC yr−1 indicating overestimated emissions and/or underestimated sinks. For the year 2017 alone, the growth in EFF was about 1.6 % and emissions increased to 9.9±0.5 GtC yr−1. Also for 2017, ELUC was 1.4±0.7 GtC yr−1, GATM was 4.6±0.2 GtC yr−1, SOCEAN was 2.5±0.5 GtC yr−1, and SLAND was 3.8±0.8 GtC yr−1, with a BIM of 0.3 GtC. The global atmospheric CO2 concentration reached 405.0±0.1 ppm averaged over 2017. For 2018, preliminary data for the first 6–9 months indicate a renewed growth in EFF of +2.7 % (range of 1.8 % to 3.7 %) based on national emission projections for China, the US, the EU, and India and projections of gross domestic product corrected for recent changes in the carbon intensity of the economy for the rest of the world. The analysis presented here shows that the mean and trend in the five components of the global carbon budget are consistently estimated over the period of 1959–2017, but discrepancies of up to 1 GtC yr−1 persist for the representation of semi-decadal variability in CO2 fluxes. A detailed comparison among individual estimates and the introduction of a broad range of observations show (1) no consensus in the mean and trend in land-use change emissions, (2) a persistent low agreement among the different methods on the magnitude of the land CO2 flux in the northern extra-tropics, and (3) an apparent underestimation of the CO2 variability by ocean models, originating outside the tropics. This living data update documents changes in the methods and data sets used in this new global carbon budget and the progress in understanding the global carbon cycle compared with previous publications of this data set (Le Quéré et al., 2018, 2016, 2015a, b, 2014, 2013). All results presented here can be downloaded from https://doi.org/10.18160/GCP-2018.

Abstract. Accurate assessment of anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions and their redistribution among the atmosphere, ocean, and terrestrial biosphere is important to better understand the global carbon cycle, support the development of climate policies, and project future climate change. Here we describe data sets and a methodology to quantify all major components of the global carbon budget, including their uncertainties, based on the combination of a range of data, algorithms, statistics, and model estimates and their interpretation by a broad scientific community. We discuss changes compared to previous estimates as well as consistency within and among components, alongside methodology and data limitations. CO2 emissions from fossil fuels and industry (EFF) are based on energy statistics and cement production data, while emissions from land-use change (ELUC), mainly deforestation, are based on combined evidence from land-cover-change data, fire activity associated with deforestation, and models. The global atmospheric CO2 concentration is measured directly and its rate of growth (GATM) is computed from the annual changes in concentration. The mean ocean CO2 sink (SOCEAN) is based on observations from the 1990s, while the annual anomalies and trends are estimated with ocean models. The variability in SOCEAN is evaluated with data products based on surveys of ocean CO2 measurements. The global residual terrestrial CO2 sink (SLAND) is estimated by the difference of the other terms of the global carbon budget and compared to results of independent dynamic global vegetation models forced by observed climate, CO2, and land-cover change (some including nitrogen–carbon interactions). We compare the mean land and ocean fluxes and their variability to estimates from three atmospheric inverse methods for three broad latitude bands. All uncertainties are reported as ±1σ, reflecting the current capacity to characterise the annual estimates of each component of the global carbon budget. For the last decade available (2005–2014), EFF was 9.0 ± 0.5 GtC yr−1, ELUC was 0.9 ± 0.5 GtC yr−1, GATM was 4.4 ± 0.1 GtC yr−1, SOCEAN was 2.6 ± 0.5 GtC yr−1, and SLAND was 3.0 ± 0.8 GtC yr−1. For the year 2014 alone, EFF grew to 9.8 ± 0.5 GtC yr−1, 0.6 % above 2013, continuing the growth trend in these emissions, albeit at a slower rate compared to the average growth of 2.2 % yr−1 that took place during 2005–2014. Also, for 2014, ELUC was 1.1 ± 0.5 GtC yr−1, GATM was 3.9 ± 0.2 GtC yr−1, SOCEAN was 2.9 ± 0.5 GtC yr−1, and SLAND was 4.1 ± 0.9 GtC yr−1. GATM was lower in 2014 compared to the past decade (2005–2014), reflecting a larger SLAND for that year. The global atmospheric CO2 concentration reached 397.15 ± 0.10 ppm averaged over 2014. For 2015, preliminary data indicate that the growth in EFF will be near or slightly below zero, with a projection of −0.6 [range of −1.6 to +0.5] %, based on national emissions projections for China and the USA, and projections of gross domestic product corrected for recent changes in the carbon intensity of the global economy for the rest of the world. From this projection of EFF and assumed constant ELUC for 2015, cumulative emissions of CO2 will reach about 555 ± 55 GtC (2035 ± 205 GtCO2) for 1870–2015, about 75 % from EFF and 25 % from ELUC. This living data update documents changes in the methods and data sets used in this new carbon budget compared with previous publications of this data set (Le Quéré et al., 2015, 2014, 2013). All observations presented here can be downloaded from the Carbon Dioxide Information Analysis Center (doi:10.3334/CDIAC/GCP_2015).

Mixed methane–sulfide hydrates and carbonates are exposed as a pavement at the seafloor along the crest of one of the accretionary ridges of the Cascadia convergent margin. Vent fields from which methane-charged, low-salinity fluids containing sulfide, ammonia, 4He, and isotopically light CO2 escape are associated with these exposures. They characterize a newly recognized mechanism of dewatering at convergent margins, where freshening of pore waters from hydrate destabilization at depth and free gas drives fluids upward. This process augments the convergence-generated overpressure and leads to local dewatering rates that are much higher than at other margins in the absence of hydrate. Discharge of fluids stimulates benthic oxygen consumption which is orders of magnitude higher than is normally found at comparable ocean depths. The enhanced turnover results from the oxidation of methane, hydrogen sulfide, and ammonia by vent biota. The injection of hydrate methane from the ridge generates a plume hundreds of meters high and several kilometers wide. A large fraction of the methane is oxidized within the water column and generates δ13C anomalies of the dissolved inorganic carbon pool.

Abstract. Accurate assessment of anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions and their redistribution among the atmosphere, ocean, and terrestrial biosphere in a changing climate is critical to better understand the global carbon cycle, support the development of climate policies, and project future climate change. Here we describe and synthesize data sets and methodology to quantify the five major components of the global carbon budget and their uncertainties. Fossil CO2 emissions (EFOS) are based on energy statistics and cement production data, while emissions from land-use change (ELUC), mainly deforestation, are based on land-use and land-use change data and bookkeeping models. Atmospheric CO2 concentration is measured directly, and its growth rate (GATM) is computed from the annual changes in concentration. The ocean CO2 sink (SOCEAN) is estimated with global ocean biogeochemistry models and observation-based fCO2 products. The terrestrial CO2 sink (SLAND) is estimated with dynamic global vegetation models. Additional lines of evidence on land and ocean sinks are provided by atmospheric inversions, atmospheric oxygen measurements, and Earth system models. The resulting carbon budget imbalance (BIM), the difference between the estimated total emissions and the estimated changes in the atmosphere, ocean, and terrestrial biosphere, is a measure of imperfect data and incomplete understanding of the contemporary carbon cycle. All uncertainties are reported as ±1σ. For the year 2022, EFOS increased by 0.9 % relative to 2021, with fossil emissions at 9.9±0.5 Gt C yr−1 (10.2±0.5 Gt C yr−1 when the cement carbonation sink is not included), and ELUC was 1.2±0.7 Gt C yr−1, for a total anthropogenic CO2 emission (including the cement carbonation sink) of 11.1±0.8 Gt C yr−1 (40.7±3.2 Gt CO2 yr−1). Also, for 2022, GATM was 4.6±0.2 Gt C yr−1 (2.18±0.1 ppm yr−1; ppm denotes parts per million), SOCEAN was 2.8±0.4 Gt C yr−1, and SLAND was 3.8±0.8 Gt C yr−1, with a BIM of −0.1 Gt C yr−1 (i.e. total estimated sources marginally too low or sinks marginally too high). The global atmospheric CO2 concentration averaged over 2022 reached 417.1±0.1 ppm. Preliminary data for 2023 suggest an increase in EFOS relative to 2022 of +1.1 % (0.0 % to 2.1 %) globally and atmospheric CO2 concentration reaching 419.3 ppm, 51 % above the pre-industrial level (around 278 ppm in 1750). Overall, the mean of and trend in the components of the global carbon budget are consistently estimated over the period 1959–2022, with a near-zero overall budget imbalance, although discrepancies of up to around 1 Gt C yr−1 persist for the representation of annual to semi-decadal variability in CO2 fluxes. Comparison of estimates from multiple approaches and observations shows the following: (1) a persistent large uncertainty in the estimate of land-use changes emissions, (2) a low agreement between the different methods on the magnitude of the land CO2 flux in the northern extra-tropics, and (3) a discrepancy between the different methods on the strength of the ocean sink over the last decade. This living-data update documents changes in methods and data sets applied to this most recent global carbon budget as well as evolving community understanding of the global carbon cycle. The data presented in this work are available at https://doi.org/10.18160/GCP-2023 (Friedlingstein et al., 2023).

Abstract. In this paper we provide an overview of new knowledge on oxygen depletion (hypoxia) and related phenomena in aquatic systems resulting from the EU-FP7 project HYPOX ("In situ monitoring of oxygen depletion in hypoxic ecosystems of coastal and open seas, and landlocked water bodies", http://www.hypox.net). In view of the anticipated oxygen loss in aquatic systems due to eutrophication and climate change, HYPOX was set up to improve capacities to monitor hypoxia as well as to understand its causes and consequences. Temporal dynamics and spatial patterns of hypoxia were analyzed in field studies in various aquatic environments, including the Baltic Sea, the Black Sea, Scottish and Scandinavian fjords, Ionian Sea lagoons and embayments, and Swiss lakes. Examples of episodic and rapid (hours) occurrences of hypoxia, as well as seasonal changes in bottom-water oxygenation in stratified systems, are discussed. Geologically driven hypoxia caused by gas seepage is demonstrated. Using novel technologies, temporal and spatial patterns of water-column oxygenation, from basin-scale seasonal patterns to meter-scale sub-micromolar oxygen distributions, were resolved. Existing multidecadal monitoring data were used to demonstrate the imprint of climate change and eutrophication on long-term oxygen distributions. Organic and inorganic proxies were used to extend investigations on past oxygen conditions to centennial and even longer timescales that cannot be resolved by monitoring. The effects of hypoxia on faunal communities and biogeochemical processes were also addressed in the project. An investigation of benthic fauna is presented as an example of hypoxia-devastated benthic communities that slowly recover upon a reduction in eutrophication in a system where naturally occurring hypoxia overlaps with anthropogenic hypoxia. Biogeochemical investigations reveal that oxygen intrusions have a strong effect on the microbially mediated redox cycling of elements. Observations and modeling studies of the sediments demonstrate the effect of seasonally changing oxygen conditions on benthic mineralization pathways and fluxes. Data quality and access are crucial in hypoxia research. Technical issues are therefore also addressed, including the availability of suitable sensor technology to resolve the gradual changes in bottom-water oxygen in marine systems that can be expected as a result of climate change. Using cabled observatories as examples, we show how the benefit of continuous oxygen monitoring can be maximized by adopting proper quality control. Finally, we discuss strategies for state-of-the-art data archiving and dissemination in compliance with global standards, and how ocean observations can contribute to global earth observation attempts.

Abstract Coastal nutrient loads from point sources such as rivers are mostly well-monitored. This is not the case for diffuse nutrient inputs from coastal catchments unconnected to rivers, despite the potential for high inputs due to intensive land use. The German Baltic Sea coastline consists of numerous peatlands that have been diked and drained. However, some of the dikes have been removed in order to re-establish the hydrological connection to the Baltic Sea, restore local biodiversity, and promote natural CO 2 uptake. Since these peatlands were used for agriculture, their rewetting may release accumulated nutrients, leading to nutrient export into the Baltic Sea and intensified coastal eutrophication. Data on these potential nutrient exports are mostly lacking. Therefore, this study investigated nutrient exports from two former agricultural, coastal peatlands: Drammendorfer Wiesen, rewetted in 2019, and Karrendorfer Wiesen, rewetted in 1993. Nutrients (NO 3 – , NO 2 – , NH 4 + , PO 4 3– ), nitrous oxide (N 2 O), particulate organic matter (POM, comprising POC and PON; δ 13 C-POC), chlorophyll- a, and nitrification rates were analyzed in surface water and porewater sampled weekly to monthly in 2019 and 2020 to compare the effects of different time scales after rewetting on nutrient cycling and potential exports. NH 4 + , NO 2 − , and PO 4 3− concentrations were higher in the porewater than in the overlying water at both sites, while nutrient concentrations were generally higher at the recently rewetted Drammendorfer Wiesen than at the Karrendorfer Wiesen. NO 3 − concentrations in porewater, however, were lower than in the overlying water, indicating NO 3 − retention within the peat, likely due to denitrification. Nitrification rates and N 2 O concentrations were generally low, except for a high N 2 O peak immediately after rewetting. These results suggest that denitrification was the dominant process of N 2 O production at the study sites. Both peatlands exported nutrients to their adjacent bays of the Baltic Sea; however, N exports were 75% lower in the longer-rewetted peatland. Compared to major Baltic Sea rivers, both sites exported larger area-normalized nutrient loads. Our study highlights the need to monitor the impact of rewetting measures over time to obtain accurate estimates of nutrient exports, better assess negative effects on coastal waters, and to improve peatland management.

Abstract Auditory iconic words display a phonological profile that imitates their referents’ sounds. Traditionally, those words are thought to constitute a minor portion of the auditory lexicon. In this article, we challenge this assumption by assessing the pervasiveness of onomatopoeia in the English auditory vocabulary through a novel data-driven procedure. We embed spoken words and natural sounds into a shared auditory space through (a) a short-time Fourier transform, (b) a convolutional neural network trained to classify sounds, and (c) a network trained on speech recognition. Then, we employ the obtained vector representations to measure their objective auditory resemblance. These similarity indexes show that imitation is not limited to some circumscribed semantic categories, but instead can be considered as a widespread mechanism underlying the structure of the English auditory vocabulary. We finally empirically validate our similarity indexes as measures of iconicity against human judgments.