Ученые-экологи из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) возглавили международное сотрудничество для улучшения спутниковых наблюдений за тропическими лесами.
Тропические леса отвечают за почти одну треть наземного фотосинтеза в мире и являются важным биомом для изучения изменения климата и его потенциальных последствий для всей Земли.
«Если мы сможем улучшить наше понимание того, сколько углекислого газа (CO2) поглощается тропическими регионами, мы сможем улучшить будущие климатические прогнозы», - сказал Джин Ву, ученый из Департамента наук об окружающей среде и климате Брукхейвена.
Спутниковые изображения являются одним из наиболее распространенных инструментов, которые ученые используют для наблюдения за тропическими лесами, но эффективность этого метода является предметом споров. Некоторые исследователи утверждают, что сезонные изменения «зелени» тропических лесов, как недавно показали спутники, могут вводить в заблуждение. Теперь сотрудничество под руководством Брукхейвена использовало полевые наблюдения и вычислительные модели, чтобы помочь прояснить противоречие. Их результаты, опубликованные 9 февраля в журнале New Phytologist, также проливают свет на биологические процессы, изменившие представление ученых о сезонности в тропических лесах.
Фокусировка на куполе
Спутники делают широкомасштабные снимки поверхности Земли, чтобы отобразить глобальный тропический биом. Эти спутниковые снимки, получаемые регулярно, позволяют ученым наблюдать за изменениями в верхушках деревьев в течение года. Изменения в зелени крон могут указывать на то, сколько света и, следовательно, сколько CO2 поглощают деревья. Тем не менее, поскольку эти спутники делают снимки так высоко над верхушками деревьев и собирают данные о больших участках леса, разрешение слишком низкое, чтобы определить, почему происходят эти изменения.
«Один пиксель на спутниковом изображении покрывает почти один квадратный километр леса. Это огромно», - сказал Ву, руководивший исследованием. «Таким образом, на этом огромном участке мы не можем сказать, какие биологические процессы происходят. Вот почему мы интегрировали полевые данные с вычислительными моделями, которые отслеживают взаимодействие между светом и листьями в пологе леса, чтобы углубить наше понимание что происходит на этих спутниковых снимках."
С помощью профессиональных альпинистов ученые собрали полевые данные о трех факторах, влияющих на озеленение кроны: количество присутствующих листьев, возраст листьев и лиственные деревья (ежегодно теряют листву). или вечнозеленые (сохраняют листья более одного года). В целом, они обнаружили, что их полевые наблюдения полностью соответствуют спутниковым изображениям, что подтверждает точность спутников. Кроме того, они количественно оценили влияние каждого из этих трех факторов на озеленение кроны растений.
«В предыдущих исследованиях ученые всегда предполагали, что листья однородно отображаются в лесном ландшафте, но мы обнаружили, что это не так», - сказал Ву. «Даже в тропических лесах лиственные и вечнозеленые деревья могут сосуществовать. То же самое верно и для сезонно засушливых лесов.."
Рост отдельных листьев также уникален для каждого дерева.
«Листья на самом деле ведут себя так же, как люди», - сказал Ву. «По мере того, как мы становимся старше, скорость нашего метаболизма будет меняться, и то же самое относится и к листьям. Когда они молодые листья, скорость их фотосинтеза очень низкая, а это означает, что они могут поглощать только очень небольшое количество CO 2 из нашей атмосферы. Когда они становятся зрелыми, они могут брать много CO2 из атмосферы. А когда они стареют, они снова потребляют меньше CO2. Это выпуклый ответ.
Это означает, что сезонность тропических лесов гораздо сложнее, чем считали ученые ранее. В будущих исследованиях ученым необходимо будет учитывать роль неоднородности листвы в спутниковых наблюдениях, чтобы точно проанализировать влияние климата на тропические леса.
Чтобы продолжить изучение того, как разнообразная экология тропических лесов связана с изменением климата, Ву и его коллеги из Брукхейвена установили сеть камер в нескольких местах в тропиках. Каждый день эти камеры автоматически делают снимки кроны деревьев на разной высоте, что позволяет команде Брукхейвена проводить наблюдения за тропическими лесами с более высоким разрешением. Камеры будут работать более двух лет и фиксировать два годовых цикла изменений окружающей среды.
«Данные с этих камер позволят нам напрямую видеть, когда на каждом дереве растут новые листья или опадают старые листья в течение годового цикла», - сказал Ву.«Теперь у нас есть информация на уровне листвы из наших полевых измерений, а также данные с камер, чтобы продолжать улучшать нашу интерпретацию спутниковых наблюдений и климатических моделей, чтобы лучше прогнозировать будущий климат».