В последние десятилетия ученые отмечают всплеск роста растений в Арктике как симптом изменения климата. Но без наблюдений, точно показывающих, когда и где растительность расцвела по мере потепления в самых холодных районах мира, трудно предсказать, как растительность отреагирует на будущее потепление. Теперь исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли Министерства энергетики США (Berkeley Lab) и Калифорнийского университета в Беркли разработали новый подход, который может нарисовать более точную картину арктической растительности и недавнего прошлого и будущего нашего климата.
В исследовании, опубликованном 20 августа в журнале Nature Climate Change, исследователи использовали спутниковые снимки, сделанные за последние 30 лет, чтобы отследить до пикселя, представляющего примерно 25 квадратных миль, приливы и отливы роста растений в холодные районы северного полушария, такие как Аляска, арктический регион Канады и Тибетское нагорье.
Исторические спутниковые данные за 30 лет, использованные в исследовании, были собраны усовершенствованным радиометром очень высокого разрешения Национального управления океанических и атмосферных исследований. Данные были обработаны Бостонским университетом и размещены на NEX - архиве данных NASA Earth Exchange.
Сначала спутниковые данные показали то, что они ожидали: по мере потепления арктического климата рост деревьев и растений увеличивался. После сравнения этих наблюдений с самыми современными климатическими моделями, разработанными для CMIP5 (Фаза 5 проекта взаимного сравнения совмещенных моделей), то, что они обнаружили дальше, их удивило.
Их анализ данных показал, что 16 процентов земель с растительностью на Земле, где рост растений был ограничен низкими температурами три десятилетия назад, сегодня больше не ограничены преимущественно температурой, результат, который не был воспроизведен протестированными моделями CMIP5.«Наши результаты показывают, что прогнозы CMIP5, возможно, значительно недооценивают изменения в арктической экосистеме, и необходимо будет улучшить климатические модели, чтобы лучше понять и предсказать будущее Арктики», - сказал первый автор Тревор Кинан, научный сотрудник лаборатории Земли Беркли. и наук об окружающей среде и доцент кафедры экологических наук, политики и управления Калифорнийского университета в Беркли.
Кинан и Райли использовали спутниковые данные для создания нового эталона наблюдений, который количественно оценивает растущую площадь растительности в северном полушарии. Они также оценили изменения доли поверхности Земли, где рост растений больше не будет ограничиваться низкими температурами в 21 веке. Кинан и Райли прогнозируют, что к 2100 году только 20 процентов земель с растительностью в северном полушарии по-прежнему будут ограничены холодными условиями, существовавшими там веками; оставшиеся 80 процентов уже не будут испытывать достаточно низких температур, и с более ранней весной растения будут расти раньше, в неожиданных местах и в неожиданной степени.
«Хотя озеленение может показаться хорошей новостью, поскольку оно означает увеличение поглощения углерода и производства биомассы, оно представляет собой серьезное нарушение хрупкого баланса в холодных экосистемах», - сказал Кинан. «Температура достаточно повысится, чтобы новые виды деревьев могли проникнуть и конкурировать с растительностью, которая ранее доминировала в ландшафте. Это изменение растительности также затронет насекомых и животных, которые полагались на местную растительность в качестве пищи».
Ученые, сотрудничающие в рамках Всемирной программы исследований климата, разработали модели CMIP5, чтобы помочь исследователям во всем мире лучше понять взаимосвязь между выбросами углерода и глобальным потеплением, среди прочих целей. Международные консорциумы, такие как МГЭИК (Международная группа экспертов по изменению климата), также использовали прогнозы CMIP5 для информирования политических решений. Кинан сказал, что, хотя модели CMIP5 предоставили исследователям широкий обзор проблемы, они не всегда точно отражают важную роль растений в отражении света обратно в атмосферу, отправке воды обратно в атмосферу и поглощении углекислого газа.
«Никто раньше не смотрел на высокоширотные системы под таким углом, поскольку они очень сложны, но важны, поскольку контролируют множественные обратные связи с системой Земли», - сказал соавтор Уильям Райли, старший ученый в области наук о Земле и окружающей среде лаборатории Беркли.
Теперь, когда Кинан и Райли установили стандартный подход к оценке климатических моделей, они планируют изучить, как они могут использовать более продвинутые статистические методы, такие как машинное обучение, для количественной оценки свойств органического вещества почвы, углекислого газа в атмосфере, лесные пожары и температура повлияют на климат в 21 веке.