Økosystemer bliver grønnere i Arktis

I de seneste årtier har forskere har bemærket en stigning i arktisk plantevækst som et symptom på klimaændringer. Men uden observationer, der viser nøjagtigt, hvornår og hvor vegetationen har blomstret, når verdens koldeste områder varmes, det er svært at forudsige, hvordan vegetation vil reagere på fremtidig opvarmning. Nu, forskere ved det amerikanske energiministerium Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) og UC Berkeley har udviklet en ny tilgang, der kan tegne et mere præcist billede af den arktiske vegetation og vores klimas nylige fortid - og fremtid.

I en undersøgelse udgivet online 20. august i Naturens klimaforandringer , forskerne brugte satellitbilleder taget i løbet af de sidste 30 år til at spore - ned til en pixel, der repræsenterer cirka 25 kvadratkilometer - ebbe og strøm af plantevækst i kolde områder på den nordlige halvkugle, som Alaska, den arktiske region i Canada, og det tibetanske plateau.

De 30-årige historiske satellitdata, der blev brugt i undersøgelsen, blev indsamlet af National Oceanic and Atmospheric Administration's Advanced Very High Resolution Radiometer. Dataene blev behandlet af Boston University, og er hostet på NEX - NASA Earth Exchange -dataarkiv.

I starten satellitdataene viste, hvad de forventede - at når det arktiske klima blev varmere, træ- og plantevækst steg. Efter at have sammenlignet disse observationer med topmoderne klimamodeller udviklet til CMIP5-Coupled Model Intercomparison Project Phase 5-overraskede det, de opdagede derefter.

Deres dataanalyse afslørede, at 16 procent af Jordens bevoksede land, hvor plantevæksten var begrænset af kolde temperaturer for tre årtier siden, ikke længere overvejende er temperaturbegrænset i dag, et resultat, der ikke blev gengivet af de testede CMIP5 -modeller. "Vores resultater tyder på, at CMIP5's forudsigelser kan have signifikant undervurderet ændringer i det arktiske økosystem, og klimamodeller skal forbedres for bedre at forstå og forudsige Arktis fremtid, "sagde første forfatter Trevor Keenan, en fakultetsforsker i Berkeley Lab's Earth &Environmental Sciences Area og en adjunkt i UC Berkeleys afdeling for miljøvidenskab, Politik, og ledelse.

Keenan og Riley brugte satellitdataene til at bygge et nyt observationsbenchmark, der kvantificerer den voksende udstrækning af vegeteret jord på den nordlige halvkugle. De skønnede også ændringer i andelen af ​​Jordens overflade, hvor plantevækst ikke længere vil blive begrænset af kolde temperaturer i løbet af det 21. århundrede. Keenan og Riley projekterer, at i år 2100, kun 20 procent af bevokset land på den nordlige halvkugle vil stadig være begrænset af kolde forhold, der har været på plads der i århundreder; de resterende 80 procent vil ikke længere opleve tilstrækkeligt kolde temperaturer, og med tidligere fjedre, planter vokser hurtigere, på uventede steder og i uventet grad.

"Selvom grønningen måske lyder som gode nyheder, da det betyder mere kulstofoptagelse og produktion af biomasse, det repræsenterer en stor forstyrrelse af den sarte balance i kolde økosystemer, "sagde Keenan." Temperaturerne vil varme tilstrækkeligt op, så nye træarter kan bevæge sig ind og konkurrere med vegetation, der tidligere havde domineret landskabet. Denne ændring i vegetationen ville også påvirke insekter og dyr, der var afhængige af indfødt vegetation til mad. "

Forskere, der samarbejder gennem World Climate Research Program, udviklede CMIP5 -modellerne for at hjælpe forskere rundt om i verden til at få en bedre forståelse af forholdet mellem kulstofemissioner og global opvarmning, blandt andre mål. Internationale konsortier som IPCC (International Panel on Climate Change) har også brugt CMIP5 -fremskrivninger til at informere politiske beslutninger. Keenan sagde, at mens CMIP5 -modellerne gav forskere et bredt overblik over problemet, de repræsenterer ikke altid nøjagtigt de vigtige roller planter spiller for at reflektere lys tilbage i atmosfæren, sender vand tilbage i atmosfæren, og absorberer kuldioxid.

"Ingen har set på systemer med høj breddegrad fra denne vinkel før, da de er meget komplekse, men de er vigtige, da de styrer flere feedbacks til jordsystemet, "sagde medforfatter William Riley, en seniorforsker i Berkeley Lab's Earth &Environmental Sciences Area.

Nu hvor Keenan og Riley har etableret en standardmetode til vurdering af klimamodeller, de planlægger at undersøge, hvordan de kan bruge mere avancerede statistiske teknikker, såsom maskinlæring, at kvantificere, hvordan jordens organiske stofegenskaber, atmosfærisk kuldioxid, brande i vildmarken, og temperatur, vil påvirke klimaet i det 21. århundrede.