Improving the Understanding of Emissions Gregory Frost - PowerPoint PPT Presentation

Improving ¡the ¡ Understanding ¡of ¡Emissions ¡ ¡ Gregory ¡Frost ¡ NOAA/Earth ¡System ¡Research ¡Laboratory ¡ ¡ University ¡of ¡Colorado/CIRES ¡ Boulder, ¡Colorado ¡ Co-­‑Chair, ¡Global ¡Emissions ¡IniCACve ¡ Gregory.J.Frost@noaa.gov ¡ Gregory.Frost@colorado.edu ¡

Outline ¡ ¡ • Mo6va6on ¡for ¡understanding ¡emissions ¡ • Challenges ¡with ¡current ¡emissions ¡knowledge ¡ • Global ¡Emissions ¡Ini6A6ve ¡(GEIA) ¡ • Top-­‑down ¡emissions ¡approaches ¡& ¡case ¡studies ¡ ¡ • Summary ¡and ¡future ¡direc6ons ¡ Acknowledgements ¡ Thanks ¡to ¡Claire ¡Granier, ¡PauleKe ¡Middleton, ¡Leonor ¡Tarrasón, ¡ Jean-­‑François ¡Lamarque, ¡Steven ¡Smith, ¡Terry ¡Kea6ng, ¡ ¡ David ¡Fahey, ¡Megan ¡Melamed, ¡David ¡Parrish, ¡Owen ¡Cooper, ¡ Jennifer ¡Logan, ¡David ¡Stevenson, ¡Paul ¡Young, ¡Cathy ¡Liousse, ¡ Qiang ¡Zhang, ¡Jeff ¡Peischl, ¡Si-­‑Wan ¡Kim, ¡Jerome ¡Brioude, ¡ ¡ Ilana ¡Pollack, ¡Carsten ¡Warneke, ¡Gabrielle ¡Pétron, ¡Anna ¡Karion, ¡ and ¡many ¡other ¡colleagues ¡who ¡carried ¡out ¡the ¡research ¡and ¡ contributed ¡to ¡this ¡presenta6on. ¡

Mo?va?ons ¡for ¡Understanding ¡Emissions ¡ Ac6ons ¡and ¡ decisions ¡about ¡the ¡ atmosphere ¡focus ¡ on ¡emissions. ¡ Figure: ¡A.R. ¡Ravishankara ¡ Figure ¡courtesy ¡of ¡A.R. ¡Ravishankara ¡ Accurate ¡emissions ¡ • QuanCfy ¡and ¡predict ¡ ¡ • Evaluate ¡miCgaCon ¡ This ¡is ¡the ¡Century ¡ • Understand ¡changes ¡ • Demonstrate ¡ informa6on ¡is ¡needed ¡ of ¡Accountability. ¡ • Make ¡choices ¡ compliance ¡ for ¡many ¡purposes. ¡ David ¡Fahey ¡ Societal ¡development ¡and ¡scien6fic ¡ • Dynamic ¡economies ¡ • New ¡measurements ¡ • Changing ¡demographics ¡ • BeRer ¡process ¡descripCons ¡ innova6on ¡result ¡in ¡new ¡challenges ¡ • Evolving ¡land ¡use ¡ • Improved ¡models ¡ in ¡emissions ¡understanding. ¡ • Emerging ¡energy ¡sources ¡ Stakeholders ¡and ¡decision-­‑makers ¡have ¡ • Transparency ¡ • Complexity ¡ • Consistency ¡ • Development ¡ common ¡requirements ¡for ¡emissions ¡ • Accuracy ¡ • Analysis ¡ informa6on, ¡but ¡challenges ¡with ¡ • Timeliness ¡ • CommunicaCon ¡ emissions ¡informa6on ¡persist. ¡ • Uncertainty ¡ G. ¡J. ¡Frost ¡et ¡al., ¡Atmos. ¡Environ., ¡2012 ¡& ¡2013 ¡

Many ¡Needs ¡for ¡Emissions ¡Informa?on ¡ � Emissions ¡informa?on ¡addresses ¡mul?ple ¡mandates ¡& ¡serves ¡many ¡uses ¡ � Scien?fic ¡research ¡one ¡of ¡many ¡consumers ¡of ¡emissions ¡informa?on ¡ ¡ Research ¡ Economics ¡ Forecas6ng ¡& ¡analysis ¡ Emissions ¡trading ¡ Air ¡quality ¡ Control ¡implementa6on ¡ Long-­‑range ¡transport ¡ Climate ¡change ¡ Regula?on ¡ Diplomacy ¡ Atmospheric ¡modeling ¡ Pollu6on ¡conven6ons ¡ Human ¡exposure ¡ Data ¡sharing ¡ Permi]ng ¡& ¡compliance ¡ Mul6na6onal ¡agreements ¡ Standards ¡aKainment ¡ Assessments ¡ ¡ Public ¡repor6ng ¡

BoKom-­‑Up ¡Inventory ¡Methods ¡ Calculated ¡for… ¡ E X ¡= ¡ Σ S ¡[EF X,S ¡ � ¡A S ¡ � (1 ¡– ¡CE X,S )] ¡ Total ¡mass ¡ of ¡ Specific ¡region ¡ compound ¡X ¡ Specific ¡6me ¡ emiKed ¡ Also ¡need… ¡ Sum ¡up ¡ all ¡ Spa6al ¡alloca6on ¡ Emissions ¡factor ¡ = ¡mass ¡of ¡ Ac?vity ¡of ¡source ¡S , ¡ Effec?veness ¡of ¡control ¡ sources ¡S ¡ compound ¡X ¡emiKed ¡by ¡ e.g., ¡amount ¡of ¡fuel ¡ measures ¡ for ¡compound ¡ Temporal ¡varia6on ¡ source ¡S ¡per ¡unit ¡ac6vity ¡ burned ¡ X ¡at ¡source ¡S ¡ Specia6on ¡ Example: ¡On-­‑road ¡motor ¡vehicles ¡ Vehicle ¡ Fuel ¡ Control ¡ fleet ¡ type ¡ technology ¡ Emissions ¡ Fuel ¡ Vehicle ¡ source ¡ economy ¡ condiCon ¡ Road ¡ Distance ¡ Vehicle ¡ type ¡ driven ¡ load ¡

Inventories ¡are ¡ but ¡they ¡have ¡many ¡ necessary, ¡… ¡ challenges ¡ Connect ¡disciplines ¡ Complexity ¡ • • High ¡granularity ¡ Insufficient ¡data ¡ • • Comprehensive ¡view ¡ Long, ¡costly ¡development ¡cycle ¡ • • Quan6fy ¡changes ¡ Diverse ¡data ¡providers ¡ • • Key ¡model ¡inputs ¡ Proprietary ¡data ¡ • • Predic6on ¡ Inconsistencies ¡ • • Decision-­‑making ¡ Uncertain6es ¡ • • Analysis ¡and ¡evalua6on ¡ • Transparency ¡ ¡ • Access ¡ ¡ • Communica6on ¡ • Educa6on ¡ •

Challenge: ¡Explaining ¡Observed ¡Composi?on ¡ Do ¡observed ¡changes ¡in ¡atmospheric ¡composi6on ¡result ¡from ¡emissions ¡changes? ¡ Zugspitze, ¡Jungfraujoch, ¡ Sonnblick ¡ Logan ¡et ¡al. ¡ (2012) ¡ Parrish ¡et ¡al. ¡(2012) ¡ Cooper ¡et ¡al. ¡(2012) ¡ Western ¡US ¡ Eastern ¡US ¡

Challenge: ¡Modeling ¡Composi?on ¡& ¡Climate ¡ Troposphere ¡ozone ¡column ¡difference ¡ ¡ • Models ¡are ¡not ¡able ¡to ¡simulate ¡ observed ¡composi6on ¡trends ¡and ¡ distribu6ons ¡ ¡ • Emissions ¡represent ¡significant ¡ por6on ¡of ¡uncertainty ¡in ¡modeled ¡ composi6on ¡and ¡climate ¡forcing ¡ Young ¡et ¡al. ¡(2013) ¡ Normalized ¡surface ¡ ozone ¡trend ¡ 800 Ozone ¡radia?ve ¡forcing ¡ ¡ ACCMIP ¡8-­‑model ¡mean ¡ RCP8.5 600 O 3 RF / mWm -2 Stevenson ¡et ¡al. ¡ Parrish ¡et ¡al., ¡ 400 (2013) ¡ in ¡review ¡ RCP4.5 RCP6.0 RCP2.6 200 0 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 Year

Global ¡Emissions ¡Ini?A?ve ¡ hKp://www.geiacenter.org/ ¡ GEIA ¡Mission ¡ GEIA ¡is ¡a ¡global ¡community ¡ini6a6ve ¡that ¡builds ¡ bridges ¡between ¡environmental ¡science ¡and ¡policy, ¡by ¡ bringing ¡together ¡people, ¡data, ¡and ¡tools ¡to ¡ create ¡ and ¡ communicate ¡the ¡highest ¡quality ¡informa6on ¡ about ¡ emissions ¡to ¡stakeholders ¡and ¡decision-­‑makers. ¡ ¡

GEIA ¡Vision ¡ By ¡2020, ¡ GEIA ¡will ¡be ¡a ¡key ¡forum ¡for ¡emissions ¡knowledge ¡that ¡serves ¡ stakeholders ¡and ¡decision-­‑makers ¡in ¡a ¡rapidly ¡evolving ¡global ¡society. ¡ Analysis ¡ Building ¡the ¡ Process ¡ scienCfic ¡ Understanding ¡ New ¡Emissions ¡ basis ¡for ¡ Challenges ¡ Projects ¡& ¡ Collabora6ons ¡ emissions ¡ data ¡by ¡ Emissions ¡& ¡ GEIA ¡ enhancing ¡ Ancillary ¡Data ¡ Capacity ¡ Building ¡ Network ¡& ¡ analysis ¡of ¡ Web ¡Portal ¡ PromoCng ¡ emissions ¡ broad ¡and ¡ processes ¡ Data ¡Sharing ¡ Outreach ¡ consistent ¡ access ¡to ¡ Science ¡-­‑Policy ¡ Informa6on ¡ Access ¡ ¡ Community ¡ ¡ Links ¡ about ¡Emissions ¡ emissions ¡ informaCon ¡ Strengthening ¡the ¡ community ¡of ¡ emissions ¡stakeholder ¡groups ¡ hKp://www.geiacenter.org/ ¡

GEIA ¡Community ¡ GEIA ¡Scien?fic ¡Steering ¡CommiKee ¡ GEIA ¡Leadership ¡Team ¡ ¡ Gregory ¡Frost ¡ Zbigniew ¡Klimont ¡ Co-­‑Chairs: ¡ Gregory ¡Frost, ¡Leonor ¡Tarrasón ¡ ¡ Leonor ¡Tarrasón ¡ Jean-­‑François ¡Lamarque ¡ Database ¡Manager: ¡ Claire ¡Granier ¡ Alexander ¡Baklanov ¡ Catherine ¡Liousse ¡ ¡ Network ¡Manager: ¡ PauleKe ¡Middleton ¡ Beatriz ¡Cardenas ¡ PauleKe ¡Middleton ¡ ¡ Hugo ¡Denier ¡van ¡der ¡Gon ¡ Toshimasa ¡Ohara ¡ ¡ Claire ¡Granier ¡ ¡ Mar6n ¡Schultz ¡ ¡ Alex ¡Guenther ¡ ¡ Ute ¡Skiba ¡ Interna?onal ¡Scien?fic ¡Connec?ons ¡ ¡ Greet ¡Janssens-­‑Maenhout ¡ John ¡van ¡Aardenne ¡ ¡ Johannes ¡Kaiser ¡ Yuxuan ¡Wang ¡ ¡ Terry ¡Kea6ng ¡ GEIA ¡Network ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Na6ons ¡with ¡ GEIA ¡member(s) ¡ ¡ 1500 ¡contacts ¡worldwide ¡ SSC ¡member(s) ¡ ¡ hKp://www.geiacenter.org/ ¡