Les émissions anthropiques de CO₂ sont à l'origine des changements climatiques, et ses impacts affectent déjà toutes les régions de la planète. L'objectif de cette revue est d'examiner les impacts climatiques pouvant être quantitativement liés aux émissions cumulées de CO₂ (EC), en se concentrant sur les impacts proportionnels aux EC. Les études examinées indiquent une proportionnalité entre les EC et divers impacts climatiques observables, tels que le réchauffement régional, les températures quotidiennes extrêmes, les précipitations extrêmes, les variations saisonnières de température et de précipitation, l'augmentation des précipitations moyennes mondiales sur l'océan, le recul de la banquise en septembre dans l'Océan Arctique, l'acidification de la surface des océans, l'élévation du niveau moyen mondial de la mer, les différentes caractéristiques des vagues de chaleur marines, les modifications de la viabilité de l'habitat des primates non-humains, ainsi que la perte de productivité du travail due à l'exposition à des chaleurs extrêmes. À partir de la littérature examinée, nous présentons des estimations de ces impacts climatiques résultant d'un milliard de tonnes d'EC. Ces estimations sont très pertinentes pour la politique climatique, car elles permettent d'évaluer les impacts climatiques associés à chaque quantité de CO₂ émise par les activités humaines. Afin d'accroître le nombre d'impacts climatiques pouvant être quantitativement liés aux émissions de CO₂, nous proposons une approche d'estimation des impacts climatiques supplémentaires résultant des émissions de CO₂. Cette approche s'appuie sur la réponse climatique transitoire aux émissions cumulées (TCRE) et s'applique aux impacts climatiques proportionnels avec le réchauffement climatique. Nous illustrons comment cette approche peut être appliquée à la quantification des impacts climatiques physiques, biologiques et sociétaux des émissions de CO₂. Cette revue souligne que chaque tonne d'émissions de CO₂ est importante en termes d'impacts sur les systèmes naturels et humains.

La concentration atmosphérique de méthane augmente rapidement, ce qui fait craindre qu'une croissance soutenue du niveau du méthane constitue un défi pour limiter le réchauffement climatique à 2°C par rapport aux niveaux préindustriels, même avec des mesures strictes d'atténuation des émissions de CO₂. Nous utilisons ici un modèle du système terrestre pour étudier l'importance d'une atténuation immédiate ou reportée des émissions de méthane afin de respecter la limite de 2°C dans un scénario futur de faibles émissions de CO₂. Nos résultats suggèrent qu'une atténuation des émissions de méthane initiée avant 2030, associée à une atténuation stricte des émissions de CO₂, pourrait permettre de limiter le réchauffement climatique bien en dessous de 2 °C au cours des trois prochains siècles. Cependant, reporter l'atténuation des émissions de méthane à 2040 ou au-delà augmente le risque de dépasser la limite de 2°C, chaque retard de 10 ans entraînant un pic de réchauffement supplémentaire d'environ 0,1°C. Le pic de réchauffement est amplifié par la rétroaction carbone-climat, dont l'intensité augmente avec le retard de l'atténuation des émissions de méthane. Nous concluons qu'une atténuation urgente des émissions de méthane est nécessaire pour augmenter les chances d'atteindre l'objectif de 2°C.

Pour atteindre les objectifs climatiques de l'Accord de Paris, la planète devra atteindre la neutralité carbone d'ici le milieu du siècle. Les solutions climatiques fondées sur la nature, qui visent à préserver et à améliorer le stockage du carbone dans les écosystèmes terrestres ou aquatiques, pourraient contribuer à atteindre les objectifs de neutralité carbone. Cependant, il existe un risque que le carbone terrestre stocké soit ensuite retourné dans l'atmosphère suite à des perturbations telles que les feux de forêt ou la déforestation. Nous quantifions ici l'effet climatique des solutions climatiques fondées sur la nature dans un scénario où le stockage du carbone terrestre est renforcé au cours des prochaines décennies, puis restitué à l'atmosphère au cours de la seconde moitié du siècle. Nous démontrons que la séquestration temporaire du carbone peut potentiellement réduire le pic de hausse des températures, mais uniquement si elle est mise en œuvre parallèlement à un scénario d'atténuation ambitieux où les émissions de CO₂ des combustibles fossiles sont également ramenées à zéro. Nous montrons également que les effets non-liés au CO₂, tels que la diminution de l'albédo de surface associée à la reforestation, pourraient contrebalancer près de la moitié de l'effet climatique de la séquestration du carbone. Nos résultats suggèrent qu'il existe un bénéfice climatique associé au stockage temporaire du carbone dans la nature, mais seulement s'il est mis en œuvre en complément (et non en alternative) aux réductions ambitieuses des émissions de CO₂ des combustibles fossiles.

Les zones humides constituent la principale source naturelle de méthane (CH₄), un puissant gaz à effet de serre qui affecte le climat mondial. De leur côté, les émissions de CH₄ des zones humides sont sensibles aux variations climatiques, telles que les variations de température et de précipitation. Cependant, les processus biogéochimiques régulant les émissions de CH₄ des zones humides (notamment la production et l'oxydation du CH₄) ne sont pas systématiquement inclus dans les modèles du système terrestre entièrement couplés qui simulent les rétroactions entre le climat physique, le cycle du carbone et d'autres cycles biogéochimiques. Cet article présente un modèle de CH₄ des zones humides basé sur les processus (WETMETH), développé pour être implémenté dans des modèles du système terrestre et actuellement intégré à un modèle du système terrestre de complexité intermédiaire. Dans cet article, nous (i) décrivons le modèle de CH₄ des zones humides, (ii) évaluons sa performance par rapport aux données disponibles et aux estimations issues de la littérature, et (iii) analysons sa sensibilité aux perturbations de paramètres mal contraints. Les simulations historiques montrent que WETMETH est capable de reproduire des émissions annuelles moyennes cohérentes avec les estimations actuelles à diverses échelles spatiales. Pour la décennie 2008-2017, le modèle simule des émissions moyennes mondiales des zones humides de 158,6 Tg CH₄ an^-1, dont 33,1 Tg CH₄ an^-1 provenant des zones humides situées au nord du 45°N. WETMETH est très sensible aux paramètres de l'oxydation du CH₄, qui est le processus le moins contraint de la littérature.