Abstract. Accurate assessment of anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions and their redistribution among the atmosphere, ocean, and terrestrial biosphere in a changing climate – 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 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) 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 (2010–2019), EFOS was 9.6 ± 0.5 GtC yr−1 excluding the cement carbonation sink (9.4 ± 0.5 GtC yr−1 when the cement carbonation sink is included), and ELUC was 1.6 ± 0.7 GtC yr−1. For the same decade, GATM was 5.1 ± 0.02 GtC yr−1 (2.4 ± 0.01 ppm yr−1), SOCEAN 2.5 ± 0.6 GtC yr−1, and SLAND 3.4 ± 0.9 GtC yr−1, with a budget imbalance BIM of −0.1 GtC yr−1 indicating a near balance between estimated sources and sinks over the last decade. For the year 2019 alone, the growth in EFOS was only about 0.1 % with fossil emissions increasing to 9.9 ± 0.5 GtC yr−1 excluding the cement carbonation sink (9.7 ± 0.5 GtC yr−1 when cement carbonation sink is included), and ELUC was 1.8 ± 0.7 GtC yr−1, for total anthropogenic CO2 emissions of 11.5 ± 0.9 GtC yr−1 (42.2 ± 3.3 GtCO2). Also for 2019, GATM was 5.4 ± 0.2 GtC yr−1 (2.5 ± 0.1 ppm yr−1), SOCEAN was 2.6 ± 0.6 GtC yr−1, and SLAND was 3.1 ± 1.2 GtC yr−1, with a BIM of 0.3 GtC. The global atmospheric CO2 concentration reached 409.85 ± 0.1 ppm averaged over 2019. Preliminary data for 2020, accounting for the COVID-19-induced changes in emissions, suggest a decrease in EFOS relative to 2019 of about −7 % (median estimate) based on individual estimates from four studies of −6 %, −7 %, −7 % (−3 % to −11 %), and −13 %. Overall, the mean and trend in the components of the global carbon budget are consistently estimated over the period 1959–2019, but discrepancies of up to 1 GtC yr−1 persist for the representation of semi-decadal variability in CO2 fluxes. Comparison of estimates from diverse approaches and 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 discrepancy between the different methods for the ocean sink outside the tropics, particularly in the Southern Ocean. 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 (Friedlingstein et al., 2019; Le Quéré et al., 2018b, a, 2016, 2015b, a, 2014, 2013). The data presented in this work are available at https://doi.org/10.18160/gcp-2020 (Friedlingstein et al., 2020).

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 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 and 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, respectively, 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. 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 (2006–2015), EFF was 9.3 ± 0.5 GtC yr−1, ELUC 1.0 ± 0.5 GtC yr−1, GATM 4.5 ± 0.1 GtC yr−1, SOCEAN 2.6 ± 0.5 GtC yr−1, and SLAND 3.1 ± 0.9 GtC yr−1. For year 2015 alone, the growth in EFF was approximately zero and emissions remained at 9.9 ± 0.5 GtC yr−1, showing a slowdown in growth of these emissions compared to the average growth of 1.8 % yr−1 that took place during 2006–2015. Also, for 2015, ELUC was 1.3 ± 0.5 GtC yr−1, GATM was 6.3 ± 0.2 GtC yr−1, SOCEAN was 3.0 ± 0.5 GtC yr−1, and SLAND was 1.9 ± 0.9 GtC yr−1. GATM was higher in 2015 compared to the past decade (2006–2015), reflecting a smaller SLAND for that year. The global atmospheric CO2 concentration reached 399.4 ± 0.1 ppm averaged over 2015. For 2016, preliminary data indicate the continuation of low growth in EFF with +0.2 % (range of −1.0 to +1.8 %) based on national emissions projections for China and USA, and projections of gross domestic product corrected for recent changes in the carbon intensity of the economy for the rest of the world. In spite of the low growth of EFF in 2016, the growth rate in atmospheric CO2 concentration is expected to be relatively high because of the persistence of the smaller residual terrestrial sink (SLAND) in response to El Niño conditions of 2015–2016. From this projection of EFF and assumed constant ELUC for 2016, cumulative emissions of CO2 will reach 565 ± 55 GtC (2075 ± 205 GtCO2) for 1870–2016, 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., 2015b, a, 2014, 2013). All observations presented here can be downloaded from the Carbon Dioxide Information Analysis Center (doi:10.3334/CDIAC/GCP_2016).

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 methodologies 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 data products. The terrestrial CO2 sink (SLAND) is estimated with dynamic global vegetation 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 understanding of the contemporary carbon cycle. All uncertainties are reported as ±1σ. For the year 2021, EFOS increased by 5.1 % relative to 2020, with fossil emissions at 10.1 ± 0.5 GtC yr−1 (9.9 ± 0.5 GtC yr−1 when the cement carbonation sink is included), and ELUC was 1.1 ± 0.7 GtC yr−1, for a total anthropogenic CO2 emission (including the cement carbonation sink) of 10.9 ± 0.8 GtC yr−1 (40.0 ± 2.9 GtCO2). Also, for 2021, GATM was 5.2 ± 0.2 GtC yr−1 (2.5 ± 0.1 ppm yr−1), SOCEAN was 2.9 ± 0.4 GtC yr−1, and SLAND was 3.5 ± 0.9 GtC yr−1, with a BIM of −0.6 GtC yr−1 (i.e. the total estimated sources were too low or sinks were too high). The global atmospheric CO2 concentration averaged over 2021 reached 414.71 ± 0.1 ppm. Preliminary data for 2022 suggest an increase in EFOS relative to 2021 of +1.0 % (0.1 % to 1.9 %) globally and atmospheric CO2 concentration reaching 417.2 ppm, more than 50 % above pre-industrial levels (around 278 ppm). Overall, the mean and trend in the components of the global carbon budget are consistently estimated over the period 1959–2021, but discrepancies of up to 1 GtC yr−1 persist for the representation of annual to semi-decadal variability in CO2 fluxes. Comparison of estimates from multiple approaches and observations shows (1) a persistent large uncertainty in the estimate of land-use change emissions, (2) a low agreement between the different methods on the magnitude of the land CO2 flux in the northern extratropics, 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 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. The data presented in this work are available at https://doi.org/10.18160/GCP-2022 (Friedlingstein et al., 2022b).

Puget Sound is a large estuary complex in the U.S. Pacific Northwest that is home to a diverse and economically important ecosystem threatened by anthropogenic impacts associated with climate change, urbanization, and ocean acidification. While ocean acidification has been studied in oceanic waters, little is known regarding its status in estuaries. Anthropogenically acidified coastal waters upwelling along the western North American continental margin can enter Puget Sound through the Strait of Juan de Fuca. In order to study the combined effects of ocean acidification and other natural and anthropogenic processes on Puget Sound waters, we made the first inorganic carbon measurements in this estuary on two survey cruises in February and August of 2008. Observed pH and aragonite saturation state values in surface and subsurface waters were substantially lower in parts of Puget Sound than would be expected from anthropogenic carbon dioxide (CO2) uptake alone. We estimate that ocean acidification can account for 24–49% of the pH decrease in the deep waters of the Hood Canal sub-basin of Puget Sound relative to estimated pre-industrial values. The remaining change in pH between when seawater enters the sound and when it reaches this deep basin results from remineralization of organic matter due to natural or anthropogenically stimulated respiration processes within Puget Sound. Over time, however, the relative impact of ocean acidification could increase significantly, accounting for 49–82% of the pH decrease in subsurface waters for a doubling of atmospheric CO2. These changes may have profound impacts on the Puget Sound ecosystem over the next several decades. These estimates suggest that the role ocean acidification will play in estuaries may be different from the open ocean.

Abstract. Version 2 of the Global Ocean Data Analysis Project (GLODAPv2) data product is composed of data from 724 scientific cruises covering the global ocean. It includes data assembled during the previous efforts GLODAPv1.1 (Global Ocean Data Analysis Project version 1.1) in 2004, CARINA (CARbon IN the Atlantic) in 2009/2010, and PACIFICA (PACIFic ocean Interior CArbon) in 2013, as well as data from an additional 168 cruises. Data for 12 core variables (salinity, oxygen, nitrate, silicate, phosphate, dissolved inorganic carbon, total alkalinity, pH, CFC-11, CFC-12, CFC-113, and CCl4) have been subjected to extensive quality control, including systematic evaluation of bias. The data are available in two formats: (i) as submitted but updated to WOCE exchange format and (ii) as a merged and internally consistent data product. In the latter, adjustments have been applied to remove significant biases, respecting occurrences of any known or likely time trends or variations. Adjustments applied by previous efforts were re-evaluated. Hence, GLODAPv2 is not a simple merging of previous products with some new data added but a unique, internally consistent data product. This compiled and adjusted data product is believed to be consistent to better than 0.005 in salinity, 1 % in oxygen, 2 % in nitrate, 2 % in silicate, 2 % in phosphate, 4 µmol kg−1 in dissolved inorganic carbon, 6 µmol kg−1 in total alkalinity, 0.005 in pH, and 5 % for the halogenated transient tracers.The original data and their documentation and doi codes are available at the Carbon Dioxide Information Analysis Center (http://cdiac.ornl.gov/oceans/GLODAPv2/). This site also provides access to the calibrated data product, which is provided as a single global file or four regional ones – the Arctic, Atlantic, Indian, and Pacific oceans – under the doi:10.3334/CDIAC/OTG.NDP093_GLODAPv2. The product files also include significant ancillary and approximated data. These were obtained by interpolation of, or calculation from, measured data. This paper documents the GLODAPv2 methods and products and includes a broad overview of the secondary quality control results. The magnitude of and reasoning behind each adjustment is available on a per-cruise and per-variable basis in the online Adjustment Table.

Abstract. The Surface Ocean CO2 Atlas (SOCAT) is a synthesis of quality-controlled fCO2 (fugacity of carbon dioxide) values for the global surface oceans and coastal seas with regular updates. Version 3 of SOCAT has 14.7 million fCO2 values from 3646 data sets covering the years 1957 to 2014. This latest version has an additional 4.6 million fCO2 values relative to version 2 and extends the record from 2011 to 2014. Version 3 also significantly increases the data availability for 2005 to 2013. SOCAT has an average of approximately 1.2 million surface water fCO2 values per year for the years 2006 to 2012. Quality and documentation of the data has improved. A new feature is the data set quality control (QC) flag of E for data from alternative sensors and platforms. The accuracy of surface water fCO2 has been defined for all data set QC flags. Automated range checking has been carried out for all data sets during their upload into SOCAT. The upgrade of the interactive Data Set Viewer (previously known as the Cruise Data Viewer) allows better interrogation of the SOCAT data collection and rapid creation of high-quality figures for scientific presentations. Automated data upload has been launched for version 4 and will enable more frequent SOCAT releases in the future. High-profile scientific applications of SOCAT include quantification of the ocean sink for atmospheric carbon dioxide and its long-term variation, detection of ocean acidification, as well as evaluation of coupled-climate and ocean-only biogeochemical models. Users of SOCAT data products are urged to acknowledge the contribution of data providers, as stated in the SOCAT Fair Data Use Statement. This ESSD (Earth System Science Data) "living data" publication documents the methods and data sets used for the assembly of this new version of the SOCAT data collection and compares these with those used for earlier versions of the data collection (Pfeil et al., 2013; Sabine et al., 2013; Bakker et al., 2014). Individual data set files, included in the synthesis product, can be downloaded here: doi:10.1594/PANGAEA.849770. The gridded products are available here: doi:10.3334/CDIAC/OTG.SOCAT_V3_GRID.

[1] Outgassing of carbon dioxide (CO2) from rivers and streams to the atmosphere is a major loss term in the coupled terrestrial-aquatic carbon cycle of major low-gradient river systems (the term “river system” encompasses the rivers and streams of all sizes that compose the drainage network in a river basin). However, the magnitude and controls on this important carbon flux are not well quantified. We measured carbon dioxide flux rates (FCO2), gas transfer velocity (k), and partial pressures (pCO2) in rivers and streams of the Amazon and Mekong river systems in South America and Southeast Asia, respectively. FCO2 and k values were significantly higher in small rivers and streams (channels 100 m wide). Small rivers and streams also had substantially higher variability in k values than large rivers. Observed FCO2 and k values suggest that previous estimates of basinwide CO2 evasion from tropical rivers and wetlands have been conservative and are likely to be revised upward substantially in the future. Data from the present study combined with data compiled from the literature collectively suggest that the physical control of gas exchange velocities and fluxes in low-gradient river systems makes a transition from the dominance of wind control at the largest spatial scales (in estuaries and river mainstems) toward increasing importance of water current velocity and depth at progressively smaller channel dimensions upstream. These results highlight the importance of incorporating scale-appropriate k values into basinwide models of whole ecosystem carbon balance.

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).