Hotspots viser, at vegetation ændrer klimaet med op til 30 procent

Et nyt Columbia Engineering -studie, ledet af Pierre Gentine, lektor i jord- og miljøteknik, analyserer globale satellitobservationer og viser, at vegetation ændrer klima- og vejrmønstre med hele 30 procent. Ved hjælp af en ny tilgang, forskerne fandt ud af, at feedbacks mellem atmosfæren og vegetationen (terrestrisk biosfære) kan være ret stærke, forklarer op til 30 procent af variationen i nedbør og overfladestråling. Papiret (DOI 10.1038/ngeo2957), udgivet 29. maj i Naturgeovidenskab , er den første til at se på interaktioner mellem biosfære og atmosfære ved hjælp af rent observationsdata og kan i høj grad forbedre vejr- og klimaforudsigelser, der er kritiske for afgrødeforvaltning, mad sikkerhed, vandforsyninger, tørke, og hedebølger.

"Selvom vi i øjeblikket kan lave ganske pålidelige vejrudsigter, som, for eksempel, fem-dages prognoser, vi har ikke en god forudsigelseskraft på tidsskala fra sæson til sæson, som er afgørende for fødevaresikkerheden, "Gentine siger." Ved mere præcist at observere og modellere feedbacks mellem fotosyntese og atmosfæren, som vi gjorde i vores papir, vi burde være i stand til at forbedre klimaprognoser på længere tidspunkter. "

Vegetation kan påvirke klima- og vejrmønstre på grund af frigivelse af vanddamp under fotosyntesen. Frigivelse af damp i luften ændrer overfladenergifluxerne og fører til potentiel skydannelse. Skyer ændrer mængden af ​​sollys, eller stråling, der kan nå Jorden, påvirker Jordens energibalance, og i nogle områder kan det føre til nedbør. "Men, indtil vores studie, forskere har ikke været i stand til nøjagtigt at kvantificere i observationer, hvor meget fotosyntese, og biosfæren mere generelt, kan påvirke vejr og klima, "siger Julia Green, Gentines ph.d. -studerende og papirets hovedforfatter.

Nylige fremskridt inden for satellitobservationer af solinduceret fluorescens, en proxy for fotosyntese, gjorde teamet i stand til at udlede vegetationsaktivitet. De brugte fjernmålingsdata til nedbør, stråling, og temperatur for at repræsentere atmosfæren. De anvendte derefter en statistisk teknik til at forstå årsagen og feedback -sløjfen mellem biosfæren og atmosfæren. Deres er den første undersøgelse, der undersøger interaktioner mellem land og atmosfære for at bestemme både styrken af ​​den forudsigelige mekanisme mellem variabler og den tidsskala, som disse forbindelser opstår over.

Forskerne fandt ud af, at betydelige vegetations-nedbør-feedback-sløjfer ofte forekommer i halvtørre eller monsunområder, i virkeligheden hotspots, der overgår mellem energi- og vandbegrænsning. Ud over, stærke biosfære-strålingsfeedback er ofte til stede i flere moderat våde områder, for eksempel i det østlige USA og i Middelhavet, hvor nedbør og stråling øger vegetationsvæksten. Vegetationsvækst forbedrer varmeoverførsel og øger højden af ​​Jordens grænselag, den laveste del af atmosfæren, der reagerer meget på overfladestråling. Denne stigning påvirker igen uklarhed og overfladestråling.

"Nuværende jordsystemmodeller undervurderer disse nedbørs- og strålingsfeedback hovedsageligt fordi de undervurderer biosfærens reaktion på stråling og vandspændingsrespons, "Grøn siger." Vi fandt ud af, at biosfære-atmosfære tilbagemeldinger klynge i hotspots, i bestemte klimatiske områder, der også falder sammen med områder, der er store kontinentale CO2 -kilder og dræn. Vores forskning viser, at disse tilbagemeldinger også er afgørende for den globale kulstofcyklus - de hjælper med at bestemme biosfærens netto CO2 -balance og har konsekvenser for forbedring af kritiske ledelsesbeslutninger i landbruget, sikkerhed, klima forandring, og så meget mere. "

Gentine og hans team undersøger nu måder at modellere, hvordan interaktioner mellem biosfære og atmosfære kan ændre sig med et skiftende klima, samt lære mere om driverne til fotosyntese, for bedre at forstå atmosfærisk variation.

Paul Dirmeyer, en professor i afdelingen for atmosfærisk, oceaniske og jordvidenskabelige vid George Mason University, der ikke var involveret i undersøgelsen, bemærker:"Green et al. fremsatte en spændende og spændende ny idé, udvide vores mål for landatmosfæriske tilbagemeldinger fra hovedsageligt et fænomen i vand- og energikredsløbene til at omfatte biosfære, både som reaktion på klimatvingning og tvang til klimarespons. "

Undersøgelsen har titlen "Regionalt stærke tilbagemeldinger mellem atmosfæren og den terrestriske biosfære."