brande, oversvømmelser og satellitvisninger:modellering af fremtiden for boreale skove

Megabrandene i 2014 i Canadas nordvestlige territorier brændte 7 millioner hektar skov, gør det til en af ​​de mest alvorlige brandbegivenheder i canadisk historie.

En ny undersøgelse viser, at da disse brande brændte et område med boreale skove på størrelse med Maryland, de frigav halvt så meget kulstof tilbage til atmosfæren som alle planterne, buske og træer i Canada opbevares typisk på et helt år.

Arktis opvarmes hurtigere end nogen anden region på Jorden, og som det gør, miljøforskere forventer, at store brande vil stige i frekvens og intensitet. Men de har kæmpet for at forstå disse brandes effekt på økosystemer og i sidste ende kuldioxidniveauer i atmosfæren. Kuldioxid er en drivhusgas, hvilket betyder, at det hjælper med at fange varme i Jordens lavere atmosfære. Mere kuldioxid i atmosfæren betyder mere indespærret varme, får globale temperaturer til at stige.

Megafires-papiret er et af to nyligt udgivne undersøgelser baseret på data fra NASAs arktiske boreale sårbarhedseksperiment, eller over, som vil hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå og forudsige både kort- og langsigtede ændringer i økosystemerne i Alaska og det nordlige Canada.

Forfatterne af megafires-avisen konstruerede modeller for at hjælpe dem med at forstå, hvad der gjorde brandene i 2014 så store, og hvilken indvirkning de havde på miljøet. Forfatterne af den anden undersøgelse brugte billeder fra NASA og U.S. Geological Survey (USGS) Landsat-programmet til ikke kun at observere ændringer i Alaskas miljø, men bestem deres årsager og potentielle fremtidige virkninger. Sammen, undersøgelserne forbedrer videnskabsmænds forståelse af boreale skoves nyere fortid og vil hjælpe dem med at forudsige fremtiden for disse sårbare økosystemer, et af ABoVE-projektets primære mål.

Modellering af megabrande

For at blive betegnet som en "megabrand, "en brand skal brænde et område, der måler mere end 25, 000 acres, et område lidt mindre end Long Island, New York. De massive skovbrande i 2014, sammenlignet med, brændte 7 millioner hektar boreal skov i Northwest Territories. Boreale skove findes i de nordligste egne af verden og indeholder hovedsageligt gran, fyrretræ, birk, asp og andre stedsegrønne træer.

Forfatterne af megafires-papiret konstruerede to modeller til at vurdere kulstofemissionen fra brandene. Den første, baseret på feltmålinger, såsom trætyper og jorddræning i brændte og ubrændte skove, hjalp dem med at opdage, hvad der gjorde nogle områder mere sårbare over for afbrænding og store kulstofemissioner end andre. Den anden model udledte, hvor meget kulstof megabrandene udledte, baseret på landkarakteristika, som de opdagede i satellitbilleder fra NASA's Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, eller MODIS, instrumenter på Aqua og Terra satellitterne.

Ifølge den anden model, 2014-brandene frigav 94,3 teragram kulstof i atmosfæren - omkring 103 millioner tons.

"Vi fandt ud af, at en megabrand kan frigive enorme mængder kulstof til atmosfæren, " sagde Xanthe Walker, en postdoc-forsker ved Center for Ecosystem Science and Society ved Northern Arizona University og undersøgelsens hovedforfatter. "Vores resultater vil give fremtidig forskning mulighed for at modellere kulstofemissioner over større tidsmæssige og rumlige skalaer."

Historisk set, boreale skove i Canada har været både kulstof "dræn" og "kilder" afhængigt af brand- og insektskader, der opstår på et givet tidspunkt. Hvis opvarmningstendenserne fortsætter, og brande bliver endnu hyppigere, de kunne blive stærkere kulstofkilder, som kunne forstærke klimaopvarmningen, sagde Walker.

Brug fortiden til at forudsige fremtiden

En anden nylig ABoVE-finansieret undersøgelse blev ledet af USGS i samarbejde med forskere fra University of Minnesota og Northern Arizona University. Mens tidligere forskning allerede havde bekræftet, at betydelige dele af Alaskas landskab oplever oversvømmelser, permafrostsmeltning og andre ændringer - op til 13 procent af staten, ifølge denne undersøgelse, eller et område større end Florida – holdet skabte en model til at analysere 30 års satellitbilleder fra Landsat-programmet og tilskrive årsager til disse ændringer.

Holdet fandt ud af, at Alaskas stigende temperaturer driver ændringer i, hvordan og hvor planter vokser, især mod slutningen af ​​vækstsæsonen, og endda få søer og damme til at vokse sig større, blandt andre ændringer.

"Observerede jord- og overfladevandsændringer har væsentligt påvirket naturlige og menneskeskabte systemer i Alaska, " sagde Neal Pastick, en fysikforsker ved USGS Earth Resources Observation and Science. "For eksempel, erosion og stigninger i efterspørgsel efter fordampning har negativt påvirket menneske- og vegetationssamfund, anspore flytteplanlægning for hele landsbyer og tørke-induceret stress, henholdsvis."

Ved at bruge et datasæt, der strakte sig over tre årtier, kunne forskerne se, hvordan Alaskas økosystemer også reagerer på skader og stress. Efter en skovbrand, for eksempel, det kan tage op til 60 år for stedsegrønne træer som gran at vokse igen og nå modenhed. I mellemtiden, løvfældende træer som asp og birk, som vokser hurtigere igen, øge refleksiviteten af ​​landets overflade om vinteren og øge mængden af ​​energi, der bruges til at fordampe vand fra trækronen. Dette har en kølende effekt på temperaturerne. Desuden, mindre brændbare løvskove har en tendens til at mindske brandaktiviteten.

"at studere, på en rumlig eksplicit måde, busk og træudvidelse, kystdynamik, og sammenbruddet af landområder, når is i jorden tøer op (termokarsting), er noget, du kun kan gøre med kombinationen af ​​rumbaseret fjernmåling og modellering, " sagde Peter Griffith, direktør for NASA's Carbon Cycle &Ecosystems Office, som leverer logistisk og datahåndteringsstøtte til ABoVE. "Dette arbejde er et væsentligt bidrag, fordi det viser en måde at analysere dette på."

Det næste skridt for dette projekt, Griffith sagde, er at bruge modellen og resultaterne til at skabe en systemmodel, som kan generere datarige, realistiske prognoser for denne hastigt skiftende regions mulige fremtid.