Больше растений и более продолжительный вегетационный период в северных широтах превратили части Аляски, Канады и Сибири в более глубокие оттенки зеленого. Некоторые исследования объясняют это озеленение Арктики более высоким глобальным поглощением углерода. Но новые исследования показывают, что по мере изменения климата Земли увеличение поглощения углерода растениями в Арктике компенсируется соответствующим сокращением в тропиках.
«Это новый взгляд на то, куда мы можем ожидать, что поглощение углерода пойдет в будущем», - сказал ученый Рольф Райхле из Глобального управления моделирования и ассимиляции (GMAO) в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.
Райхле является одним из авторов исследования, опубликованного 17 декабря в AGU Advances, в котором объединены спутниковые наблюдения за 35 лет, проведенные Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (NOAA) с помощью усовершенствованного радиометра очень высокого разрешения (AVHRR) с компьютером. модели, включая данные об ограничении воды из Ретроспективного анализа исследований и приложений НАСА «Современная эпоха», версия 2 (MERRA-2)..
Вместе они обеспечивают более точную оценку глобальной «первичной продуктивности» - показателя того, насколько хорошо растения преобразуют углекислый газ и солнечный свет в энергию и кислород посредством фотосинтеза за период с 1982 по 2016 год.
Арктические приобретения и тропические потери
Урожайность растений в условиях холодного арктического ландшафта ограничена длительными периодами холода. По мере повышения температуры растения в этих регионах смогли расти более плотно и продлить свой вегетационный период, что привело к общему увеличению фотосинтетической активности и, следовательно, к большему поглощению углерода в регионе за 35-летний период времени.
Однако увеличение концентрации углерода в атмосфере имело несколько других волновых эффектов. Примечательно, что по мере увеличения содержания углерода глобальные температуры повысились, а атмосфера в тропиках (где продуктивность растений ограничена наличием воды) стала суше. Одним из примеров этого является недавнее увеличение засухи и гибели деревьев в тропических лесах Амазонки, а продуктивность и поглощение углерода на землях вблизи экватора снизились за тот же период времени, что и озеленение Арктики, что сводит на нет любое чистое влияние на глобальную продуктивность.
Добавление спутников в модели производительности
Предыдущие оценки модели предполагали, что растущая продуктивность растений в Арктике может частично компенсировать деятельность человека, которая выбрасывает атмосферный углерод, например сжигание ископаемого топлива. Но эти оценки основывались на моделях, которые рассчитывают продуктивность растений, исходя из предположения, что они фотосинтезируют (преобразовывают углерод и свет) с заданной эффективностью.
В действительности на продуктивность растений может влиять множество факторов. Включение спутниковых записей, таких как данные AVHRR, обеспечивает ученых последовательными измерениями глобального фотосинтетического растительного покрова и может помочь объяснить переменные события, такие как нашествия вредителей и вырубка лесов, которые не учитывались предыдущими моделями. Это может повлиять на глобальный растительный покров и продуктивность.
«Были и другие исследования, посвященные продуктивности растений в глобальном масштабе», - говорит Нима Мадани из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) в Пасадине, Калифорния, и ведущий автор исследования, в котором также участвуют ученые из Университет Монтаны. «Но мы использовали улучшенную модель дистанционного зондирования, чтобы лучше понять изменения в продуктивности экосистемы». В этой модели используется усовершенствованный алгоритм эффективности использования света, который сочетает наблюдения нескольких спутников за фотосинтезирующим растительным покровом и такие переменные, как приземная метеорология.
«Спутниковые наблюдения имеют решающее значение, особенно в регионах, где наши полевые наблюдения ограничены, и в этом прелесть спутников», - сказал Мадани. «Поэтому мы стараемся максимально использовать данные спутникового ДЗЗ в своей работе».
Только недавно спутниковые записи начали показывать эти новые тенденции в изменении производительности. По словам Райхле, «совместное моделирование и наблюдения, то, что мы называем усвоением данных, - это то, что действительно необходимо». Спутниковые наблюдения обучают модели, в то время как модели могут помочь отобразить связи Земной системы, такие как противоположные тенденции продуктивности, наблюдаемые в Арктике и тропиках.
Коричневый - новый зеленый
Спутниковые данные также показали, что нехватка воды и снижение продуктивности не ограничиваются тропиками. Недавние наблюдения показывают, что тенденция к озеленению Арктики ослабевает, а в некоторых регионах уже происходит потемнение.
«Я не ожидаю, что нам придется ждать еще 35 лет, чтобы увидеть, как ограничения воды станут фактором и в Арктике», - сказал Райхле. Можно ожидать, что повышение температуры воздуха снизит способность поглощать углерод в арктических и бореальных биомах в будущем. Мадани говорит, что арктические бореальные зоны в высоких широтах, которые когда-то содержали экосистемы, ограниченные температурой, теперь превращаются в зоны, ограниченные доступностью воды, такие как тропики..
Эти продолжающиеся сдвиги в моделях продуктивности по всему миру могут повлиять на многочисленные растения и животных, изменяя целые экосистемы. Это может повлиять на источники пищи и среду обитания для различных видов, включая находящиеся под угрозой исчезновения дикие животные и человеческие популяции.