The considerable cessation of human activities during the COVID-19 pandemic has affected global energy use and CO2 emissions. Here we show the unprecedented decrease in global fossil CO2 emissions from January to April 2020 was of 7.8% (938 Mt CO2 with a +6.8% of 2-{\sigma} uncertainty) when compared with the period last year. In addition other emerging estimates of COVID impacts based on monthly energy supply or estimated parameters, this study contributes to another step that constructed the near-real-time daily CO2 emission inventories based on activity from power generation (for 29 countries), industry (for 73 countries), road transportation (for 406 cities), aviation and maritime transportation and commercial and residential sectors emissions (for 206 countries). The estimates distinguished the decline of CO2 due to COVID-19 from the daily, weekly and seasonal variations as well as the holiday events. The COVID-related decreases in CO2 emissions in road transportation (340.4 Mt CO2, -15.5%), power (292.5 Mt CO2, -6.4% compared to 2019), industry (136.2 Mt CO2, -4.4%), aviation (92.8 Mt CO2, -28.9%), residential (43.4 Mt CO2, -2.7%), and international shipping (35.9Mt CO2, -15%). Regionally, decreases in China were the largest and earliest (234.5 Mt CO2,-6.9%), followed by Europe (EU-27 & UK) (138.3 Mt CO2, -12.0%) and the U.S. (162.4 Mt CO2, -9.5%). The declines of CO2 are consistent with regional nitrogen oxides concentrations observed by satellites and ground-based networks, but the calculated signal of emissions decreases (about 1Gt CO2) will have little impacts (less than 0.13ppm by April 30, 2020) on the overserved global CO2 concertation. However, with observed fast CO2 recovery in China and partial re-opening globally, our findings suggest the longer-term effects on CO2 emissions are unknown and should be carefully monitored using multiple measures.

Earlier vegetation greening under climate change raises evapotranspiration and thus lowers spring soil moisture, yet the extent and magnitude of this water deficit persistence into the following summer remain elusive. We provide observational evidence that increased foliage cover over the Northern Hemisphere, during 1982-2011, triggers an additional soil moisture deficit that is further carried over into summer. Climate model simulations independently support this and attribute the driving process to be larger increases in evapotranspiration than in precipitation. This extra soil drying is projected to amplify the frequency and intensity of summer heatwaves. Most feedbacks operate locally, except for a notable teleconnection where extra moisture transpired over Europe is transported to central Siberia. Model results illustrate that this teleconnection offsets Siberian soil moisture losses from local spring greening. Our results highlight that climate change adaptation planning must account for the extra summer water and heatwave stress inherited from warming-induced earlier greening.

We constructed a near-real-time daily CO2 emission dataset, namely the Carbon Monitor, to monitor the variations of CO2 emissions from fossil fuel combustion and cement production since January 1st 2019 at national level with near-global coverage on a daily basis, with the potential to be frequently updated. Daily CO2 emissions are estimated from a diverse range of activity data, including: hourly to daily electrical power generation data of 29 countries, monthly production data and production indices of industry processes of 62 countries/regions, daily mobility data and mobility indices of road transportation of 416 cities worldwide. Individual flight location data and monthly data were utilised for aviation and maritime transportation sectors estimates. In addition, monthly fuel consumption data that corrected for daily air temperature of 206 countries were used for estimating the emissions from commercial and residential buildings. This Carbon Monitor dataset manifests the dynamic nature of CO2 emissions through daily, weekly and seasonal variations as influenced by workdays and holidays, as well as the unfolding impacts of the COVID-19 pandemic. The Carbon Monitor near-real-time CO2 emission dataset shows a 7.8% decline of CO2 emission globally from Jan 1st to Apr 30th in 2020 when compared with the same period in 2019, and detects a re-growth of CO2 emissions by late April which are mainly attributed to the recovery of economy activities in China and partial easing of lockdowns in other countries. Further, this daily updated CO2 emission dataset could offer a range of opportunities for related scientific research and policy making.

Abstract. The high-latitude regions of the Northern Hemisphere are a nexus for the interaction between land surface physical properties and their exchange of carbon and energy with the atmosphere. At these latitudes, two carbon pools of planetary significance – those of the permanently frozen soils (permafrost), and of the great expanse of boreal forest – are vulnerable to destabilization in the face of currently observed climatic warming, the speed and intensity of which are expected to increase with time. Improved projections of future Arctic and boreal ecosystem transformation require improved land surface models that integrate processes specific to these cold biomes. To this end, this study lays out relevant new parameterizations in the ORCHIDEE-MICT land surface model. These describe the interactions between soil carbon, soil temperature and hydrology, and their resulting feedbacks on water and CO2 fluxes, in addition to a recently developed fire module. Outputs from ORCHIDEE-MICT, when forced by two climate input datasets, are extensively evaluated against (i) temperature gradients between the atmosphere and deep soils, (ii) the hydrological components comprising the water balance of the largest high-latitude basins, and (iii) CO2 flux and carbon stock observations. The model performance is good with respect to empirical data, despite a simulated excessive plant water stress and a positive land surface temperature bias. In addition, acute model sensitivity to the choice of input forcing data suggests that the calibration of model parameters is strongly forcing-dependent. Overall, we suggest that this new model design is at the forefront of current efforts to reliably estimate future perturbations to the high-latitude terrestrial environment.

ABSTRACT The unprecedented surge in global methane levels has raised global concerns in recent years, casting a spotlight on China as a pivotal emitter. China has taken several actions to curb the methane emissions, but their effects remain unclear. Here, we developed the Global ObservatioN-based system for monitoring Greenhouse GAses for methane (GONGGA-CH4) and assimilate GOSAT XCH4 observations to assess changes in China's methane emissions. We find the average rate of increase in China's methane emissions (0.1 ± 0.3 Tg CH4 yr−2) during 2016–2021 slowed down compared to the preceding years (2011–2015) (0.9 ± 0.5 Tg CH4 yr−2), in contrast to the concurrent acceleration of global methane emissions. As a result, the contribution of China to global methane emissions dropped significantly. Notably, the slowdown of China's methane emission is mainly attributable to a reduction in biogenic emissions from wetlands and agriculture, associated with the drying trend in South China and the transition from double-season to single-season rice cropping, while fossil fuel emissions are still increasing. Our results suggest that GONGGA-CH4 provides the opportunity for independent assessment of China's methane emissions from an atmospheric perspective, providing insights into the implementation of methane-related policies that align with its ambitious climate objectives.