Energy balance mathematical model on climate change

by Benjamin Keroboto Za'Ngoti Ogutu

Doctoral thesis in Météorologie, Océanographie, Environnement

Under the supervision of Charles Nyandwi and Fabio D'Andrea.

defended on 25-05-2015

in Paris 6 and the jointly supervising institution l'University of Nairobi , under the authority of École doctorale des sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris) , in a partnership with Laboratoire de Météorologie Dynamique (laboratoire) .

Thesis committee members: P. g. o. Weke, Kaveh Madani, Wandera Ogana, Michael Ghil, Ganesh Pokhariyal, Francis Codron.


  • Abstract

    The goal of this study is to build a global reduced-complexity model of coupled climate-economy-biosphere interactions, which uses the minimum number of variables and equations needed to capture the fundamental mechanisms involved and can thus help clarify the role of the different mechanisms and parameters. The Coupled Climate-Economy-Biosphere (CoCEB) model takes an integrated assessment approach to simulating global change. While many integrated assessment models treat abatement costs merely as an unproductive loss of income, the study considered abatement activities also as an investment in overall energy efficiency of the economy and decrease of overall carbon intensity of the energy system. The study shows that these efforts help to abate climate change and lead to positive effects in economic growth. Due to the fact that integrated assessment models in the literature mainly focus on mitigation in the energy sector and consider emissions from land-use as exogenous, the global climate-economy-biosphere (CoCEB) model was extended by adding a biomass equation and the related exchanges of CO2 and used to investigate the relationship between the effects of using carbon capture and storage (CCS) and deforestation control, and the economy growth rate. These measures are found to reduce the impacts of climate change and positively affect the economy growth. These results remain nevertheless sensitive to the formulation of CCS costs while those for deforestation control were less sensitive. The model developed brings together and summarizes information from diverse estimates of climate change mitigation measures and their associated costs, and allows comparing them in a coherent way.

  • Alternative Title

    Modèle mathématique à bilan d'énergie du changement climatique


  • Abstract

    Dans cet étude, un modèle de complexité réduite des interactions et rétroactions du système couplé climat-économie-biosphère est construit avec le minimum de variables et d'équations nécessaires. Le Coupled Climate-Economy-Biosphere (CoCEB) est un modèle d’évaluation intégrée (IAM pour Integrated assessment model) du changement globale. Alors que beaucoup IAM traitent les coûts de réduction des émissions (abattement) simplement comme une perte non productive de revenu, cet étude considère également les activités d’abattement comme un investissement dans l'efficacité énergétique globale de l'économie et dans la diminution de l’ « intensité carbone » du système énergétique. L’étude montre que ces efforts aident à l’abattement du changement climatique et ont un effet positif sur l’économie. La plupart des IAM actuels se concentrent principalement sur le secteur énergétique pour les mesures d’abattement, et ne tiennent compte des émissions provenant de l'utilisation des terres que comme un forçage exogène. Le CoCEB a donc été étendu en ajoutant une équation pour la biomasse ses échanges de carbone. Cela permet d’étudier les aspects économiques de la séquestration de carbone du au contrôle du déboisement dans les forêts, et aussi à l’application généralisée des technologies de capture et stockage du carbone (CCS). L’étude confirme que ces mesures réduisent l’impact du changement climatique sur la croissance économique, mais ces résultats restent très dépendants des grandes incertitudes sur le cout des CCS et du contrôle de la deforestation. Ce modèle est un cadre formel qui représente de façon simple les différents éléments du système couplé et leurs interactions, il rassemble les différentes estimations des coûts afférents aux mesures de mitigation et permet de les comparer de façon cohérente.


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