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Assessing the impact of aviation on climate

Marais, Karen; Lukachko, Stephen P.; Jun, Mina; Mahashabde, Anuja; Waitz, Ian A.

Meteorologische Zeitschrift Vol. 17 No. 2 (2008), p. 157 - 172

published: Apr 28, 2008

DOI: 10.1127/0941-2948/2008/0274

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Abstract

We present an assessment of the marginal climate impacts of new aviation activities. We use impulse response functions derived from carbon-cycle and atmospheric models to estimate changes in surface temperature for various aviation impacts (CO2, NOx on methane, NOx on ozone, sulfates, soot, and contrails/induced cirrus). We use different damage functions and discount rates to explore health, welfare and ecological costs for a range of assumptions and scenarios. Since uncertainty is high regarding many aviation effects, we explicitly capture some uncertainty by representing several model parameters as probabilistic distributions. The uncertainties are then propagated using Monte Carlo analysis to derive estimates for the impact of these uncertainties on the marginal future climate impacts. Our goal is to provide a framework that will communicate the potential impacts of aviation on climate change under different scenarios and assumptions, and that will allow decision-makers to compare these potential impacts to other aviation environmental impacts. We present results to describe the influence of parametric uncertainties, scenarios, and assumptions for valuation on the expected marginal future costs of aviation impacts. Estimates of the change in global average surface temperature due to aviation are most sensitive to changes in climate sensitivity, the radiative forcing attributed to short-lived effects (in particular those related to contrails and aviation-induced cirrus), and the choice of emissions scenario. Estimates of marginal future costs of aviation are most sensitive to assumptions regarding the discount rate, followed by assumptions regarding climate sensitivity, and the choice of emissions scenario.

Kurzfassung

Es werden die Auswirkungen durch neue Luftfahrtaktivitäten auf das Klima präsentiert und bewertet. Hierbei wird von Impuls-Reaktions-Funktionen (impulse response functions) aus Kohlenstoff-Zyklen und atmosphärischen Modellen zur Schätzung der Veränderungen in der Oberflächentemperatur für die verschiedenen Auswirkungen der Luftfahrt (CO2, NOx auf Methan, NOx auf Ozon, Sulfate, Ruß, Kondensstreifen von/-induzierter Zirrus) Gebrauch gemacht. Für eine Reihe von Annahmen und Szenarien werden die Kosten für Gesundheit, Wohlfahrt und Ökologie mittels Schadensfunktionen und Abschlagsätzen analysiert. Zur Abbildung der Unsicherheit der Effekte in der Luftfahrt wurden mehrere Parameter als Wahrscheinlichkeitsverteilung modelliert. Durch Monte-Carlo-Analyse werden die Auswirkungen auf das zukünftige Klima geschätzt. Ziel ist es einen Rahmen zu schaffen, der potenzielle Auswirkungen einzelner Entscheidungen in der Luftfahrt auf den Klimawandel aufzeigt. Eine konkrete Unterstützung von Entscheidungsträgern durch Szenarien ist angestrebt. Es werden Ergebnisse präsentiert, die den Einfluss der parametrischen Unsicherheiten, Szenarien und Annahmen beschreiben sowie die Bewertungsgrundlage der zukünftig erwarteten marginalen Kosten der Luftverkehrseinwirkung bilden. Schätzungen über die Änderungen der durchschnittlichen globalen Oberflächentemperatur durch die Luftfahrt sind sehr empfindlich auf Veränderungen der klimatischen Sensitivität, auf Strahlungseigenschaften und auf kurzzeitige Effekte (vor allem im Zusammenhang mit Kondensstreifen und durch die Luftfahrt induziertem Zirrus), und auf die Wahl des Emissions-Szenarios. Schätzungen der zukünftigen marginalen Kosten der Luftfahrt sind besonders störanfällig bezüglich für den Diskontsatz, gefolgt von den Annahmen für die Klima-Sensitivität, und die Wahl des Emissions-Szenarios.