Abstract. The global methane (CH4) budget is becoming an increasingly important component for managing realistic pathways to mitigate climate change. This relevance, due to a shorter atmospheric lifetime and a stronger warming potential than carbon dioxide, is challenged by the still unexplained changes of atmospheric CH4 over the past decade. Emissions and concentrations of CH4 are continuing to increase, making CH4 the second most important human-induced greenhouse gas after carbon dioxide. Two major difficulties in reducing uncertainties come from the large variety of diffusive CH4 sources that overlap geographically, and from the destruction of CH4 by the very short-lived hydroxyl radical (OH). To address these difficulties, we have established a consortium of multi-disciplinary scientists under the umbrella of the Global Carbon Project to synthesize and stimulate research on the methane cycle, and producing regular (∼ biennial) updates of the global methane budget. This consortium includes atmospheric physicists and chemists, biogeochemists of surface and marine emissions, and socio-economists who study anthropogenic emissions. Following Kirschke et al. (2013), we propose here the first version of a living review paper that integrates results of top-down studies (exploiting atmospheric observations within an atmospheric inverse-modelling framework) and bottom-up models, inventories and data-driven approaches (including process-based models for estimating land surface emissions and atmospheric chemistry, and inventories for anthropogenic emissions, data-driven extrapolations). For the 2003–2012 decade, global methane emissions are estimated by top-down inversions at 558 Tg CH4 yr−1, range 540–568. About 60 % of global emissions are anthropogenic (range 50–65 %). Since 2010, the bottom-up global emission inventories have been closer to methane emissions in the most carbon-intensive Representative Concentrations Pathway (RCP8.5) and higher than all other RCP scenarios. Bottom-up approaches suggest larger global emissions (736 Tg CH4 yr−1, range 596–884) mostly because of larger natural emissions from individual sources such as inland waters, natural wetlands and geological sources. Considering the atmospheric constraints on the top-down budget, it is likely that some of the individual emissions reported by the bottom-up approaches are overestimated, leading to too large global emissions. Latitudinal data from top-down emissions indicate a predominance of tropical emissions (∼ 64 % of the global budget, < 30° N) as compared to mid (∼ 32 %, 30–60° N) and high northern latitudes (∼ 4 %, 60–90° N). Top-down inversions consistently infer lower emissions in China (∼ 58 Tg CH4 yr−1, range 51–72, −14 %) and higher emissions in Africa (86 Tg CH4 yr−1, range 73–108, +19 %) than bottom-up values used as prior estimates. Overall, uncertainties for anthropogenic emissions appear smaller than those from natural sources, and the uncertainties on source categories appear larger for top-down inversions than for bottom-up inventories and models. The most important source of uncertainty on the methane budget is attributable to emissions from wetland and other inland waters. We show that the wetland extent could contribute 30–40 % on the estimated range for wetland emissions. Other priorities for improving the methane budget include the following: (i) the development of process-based models for inland-water emissions, (ii) the intensification of methane observations at local scale (flux measurements) to constrain bottom-up land surface models, and at regional scale (surface networks and satellites) to constrain top-down inversions, (iii) improvements in the estimation of atmospheric loss by OH, and (iv) improvements of the transport models integrated in top-down inversions. The data presented here can be downloaded from the Carbon Dioxide Information Analysis Center (http://doi.org/10.3334/CDIAC/GLOBAL_METHANE_BUDGET_2016_V1.1) and the Global Carbon Project.

Abstract. Wetland emissions remain one of the principal sources of uncertainty in the global atmospheric methane (CH4) budget, largely due to poorly constrained process controls on CH4 production in waterlogged soils. Process-based estimates of global wetland CH4 emissions and their associated uncertainties can provide crucial prior information for model-based top-down CH4 emission estimates. Here we construct a global wetland CH4 emission model ensemble for use in atmospheric chemical transport models (WetCHARTs version 1.0). Our 0.5° × 0.5° resolution model ensemble is based on satellite-derived surface water extent and precipitation reanalyses, nine heterotrophic respiration simulations (eight carbon cycle models and a data-constrained terrestrial carbon cycle analysis) and three temperature dependence parameterizations for the period 2009–2010; an extended ensemble subset based solely on precipitation and the data-constrained terrestrial carbon cycle analysis is derived for the period 2001–2015. We incorporate the mean of the full and extended model ensembles into GEOS-Chem and compare the model against surface measurements of atmospheric CH4; the model performance (site-level and zonal mean anomaly residuals) compares favourably against published wetland CH4 emissions scenarios. We find that uncertainties in carbon decomposition rates and the wetland extent together account for more than 80 % of the dominant uncertainty in the timing, magnitude and seasonal variability in wetland CH4 emissions, although uncertainty in the temperature CH4 : C dependence is a significant contributor to seasonal variations in mid-latitude wetland CH4 emissions. The combination of satellite, carbon cycle models and temperature dependence parameterizations provides a physically informed structural a priori uncertainty that is critical for top-down estimates of wetland CH4 fluxes. Specifically, our ensemble can provide enhanced information on the prior CH4 emission uncertainty and the error covariance structure, as well as a means for using posterior flux estimates and their uncertainties to quantitatively constrain the biogeochemical process controls of global wetland CH4 emissions.

Abstract Increasing atmospheric methane (CH 4 ) concentrations have contributed to approximately 20% of anthropogenic climate change. Despite the importance of CH 4 as a greenhouse gas, its atmospheric growth rate and dynamics over the past two decades, which include a stabilization period (1999–2006), followed by renewed growth starting in 2007, remain poorly understood. We provide an updated estimate of CH 4 emissions from wetlands, the largest natural global CH 4 source, for 2000–2012 using an ensemble of biogeochemical models constrained with remote sensing surface inundation and inventory-based wetland area data. Between 2000–2012, boreal wetland CH 4 emissions increased by 1.2 Tg yr −1 (−0.2–3.5 Tg yr −1 ), tropical emissions decreased by 0.9 Tg yr −1 (−3.2−1.1 Tg yr −1 ), yet globally, emissions remained unchanged at 184 ± 22 Tg yr −1 . Changing air temperature was responsible for increasing high-latitude emissions whereas declines in low-latitude wetland area decreased tropical emissions; both dynamics are consistent with features of predicted centennial-scale climate change impacts on wetland CH 4 emissions. Despite uncertainties in wetland area mapping, our study shows that global wetland CH 4 emissions have not contributed significantly to the period of renewed atmospheric CH 4 growth, and is consistent with findings from studies that indicate some combination of increasing fossil fuel and agriculture-related CH 4 emissions, and a decrease in the atmospheric oxidative sink.