В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи раскрывают методы, вдохновленные изучением теории информации, для отслеживания того, как изменения в осадках влияют на взаимодействие между атмосферой, растительностью и почвой в двух национальных Обсерватория критической зоны Научного фонда на западе США.
«Информация, возникающая в результате колебаний количества осадков, перемещается по экосистемам подобно тому, как информация течет по коммуникационным сетям», - сказал Правин Кумар, профессор гражданской и экологической инженерии в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн, и исследует соавтор.«Этот тип анализа, который является новым для экологических и гидрологических исследований, позволяет нам определить, насколько хорошо связаны различные аспекты экосистемы и являются ли реакции на изменения климата специфичными для конкретного места или общими для разных экосистем».
Исследователи изучили изменения температуры, влажности почвы и потока углерода, известные как потоки, до, во время и после дождей и засухи в двух местах. На первом участке, на юго-западе Айдахо, в июле 2015 года выпадали дожди в течение нескольких дней. На втором, в районе Южной Сьерры в Калифорнии, с 2012 года началась многолетняя засуха.
«На полигоне в Айдахо мы наблюдали усиление связи между атмосферой и почвой в период сразу после дождя», - сказала Эллисон Гудвелл, профессор гражданского строительства Университета Колорадо в Денвере, бывшая выпускница Иллинойса. студент и ведущий автор нового исследования. «На участке Южной Сьерры мы обнаружили, что потоки тепла и углерода по-разному реагировали на засуху, и что источники связи варьировались между высокогорными и низкими участками."
«Другим аспектом, который сделал это исследование уникальным, была доступность данных с нескольких станций на разных высотах в каждом месте», - сказал Кумар. «Это позволило нам увидеть, были ли изменения в соединении вызваны климатическими различиями, вызванными высотой над уровнем моря. Обычно станции сбора данных изолированы, что затрудняет проведение такого типа сравнительного анализа».
Несмотря на то, что полевые участки и данные относятся к разным экосистемам, времени и погодным явлениям, исследование дает представление о том, как связь влияет на различные типы потоков, говорят исследователи. Более тесная связь изменяет то, как осадки влияют на влажность, тепло и поток углерода в системе, а также на переход от ранней к поздней стадии засухи.
«Эти результаты показывают, каким образом водосборный бассейн может реагировать на нарушения осадков, в данном случае на засуху», - сказал Ричард Юретич, программный директор Обсерваторий критических зон NSF.«Эта информация важна для прогнозирования того, как экосистемы будут реагировать на будущие экстремальные явления».
Аарон Феллоуз и Джеральд Флерчингер из Министерства сельского хозяйства США также внесли свой вклад в это исследование.
Грант Национального научного фонда для обсерватории критических зон интенсивно управляемых ландшафтов и стипендия НАСА по изучению Земли и космоса поддержали это исследование.