Vandbegrænsninger i troperne opvejer kulstofoptagelse fra arktisk grønning

Flere planter og længere vækstsæsoner på de nordlige breddegrader har konverteret dele af Alaska, Canada og Sibirien til dybere grønne nuancer. Nogle undersøgelser oversætter denne arktiske grønning til en større global kulstofoptagelse. Men ny forskning viser, at i takt med at jordens klima ændrer sig, øget kulstofabsorption fra planter i Arktis opvejes af et tilsvarende fald i troperne.

"Dette er et nyt kig på, hvor vi kan forvente, at kulstofoptagelsen vil gå hen i fremtiden, " sagde videnskabsmand Rolf Reichle fra Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Reichle er en af ​​forfatterne til en undersøgelse, udgivet 17. december i AGU rykker frem , som kombinerer satellitobservationer over 35 år fra National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA's) Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) med computermodeller, herunder vandbegrænsningsdata fra NASA's Modern-Era Retrospective analyse for forskning og applikationer, Version 2 (MERRA-2).

Sammen, disse giver et mere præcist skøn over den globale "primære produktivitet" - et mål for, hvor godt planter omdanner kuldioxid og sollys til energi og ilt via fotosyntese, for tidsrummet mellem 1982 og 2016.

Arktiske gevinster og tropiske tab

Planteproduktivitet i det kolde arktiske landskab er begrænset af de lange perioder med kulde. Når temperaturerne bliver varmere, planterne i disse regioner har været i stand til at vokse tættere og forlænge deres vækstsæson, hvilket fører til en samlet stigning i fotosyntetisk aktivitet, og efterfølgende større kulstofabsorption i regionen over det 35-årige tidsrum.

Imidlertid, opbygning af atmosfæriske kulstofkoncentrationer har haft flere andre rislende virkninger. Især, efterhånden som kulstof er steget, globale temperaturer er steget, og atmosfæren i troperne (hvor planteproduktiviteten er begrænset af tilgængeligheden af ​​vand) er blevet mere tør. De seneste stigninger i tørke og trædødelighed i Amazonas regnskov er et eksempel på dette, og produktivitet og kulstofabsorption over land nær ækvator er faldet i samme tidsrum, som arktisk grønning har fundet sted, annullere enhver nettoeffekt på den globale produktivitet.

Tilføjelse af satellitter til produktivitetsmodeller

Tidligere modelestimater antydede, at den stigende produktivitet af planter i Arktis delvist kunne kompensere for menneskelige aktiviteter, der frigiver atmosfærisk kulstof, som afbrænding af fossile brændstoffer. Men disse estimater baserede sig på modeller, der beregner planteproduktivitet baseret på den antagelse, at de fotosyntetiserer (omdanner kulstof og lys) ved en given effektivitet.

I virkeligheden, mange faktorer kan påvirke planternes produktivitet. Inklusive satellitregistreringer som dem fra AVHRR giver videnskabsmænd konsekvente målinger af det globale fotosyntetiske plantedæksel, og kan hjælpe med at redegøre for variable hændelser såsom skadedyrsudbrud og skovrydning, som tidligere modeller ikke fanger. Disse kan påvirke det globale vegetationsdækning og produktivitet.

"Der har været andre undersøgelser, der fokuserede på planteproduktivitet på globalt plan, "sagde Nima Madani fra NASA's Jet Propulsion Laboratory, (JPL) Pasadena, Californien, og hovedforfatter af undersøgelsen, som også omfatter forskere fra University of Montana. "Men vi brugte en forbedret fjernføler -model til at få et bedre indblik i ændringer i økosystemets produktivitet." Denne model bruger en forbedret lysforbrugseffektivitetsalgoritme, som kombinerer flere satelliters observationer af fotosyntetisk plantedækning og variabler som overflademeteorologi.

"Satellitobservationerne er kritiske, især i områder, hvor vores feltobservationer er begrænsede, og det er det fine med satellitterne, " Madani said. "That's why we are trying to use satellite remote sensing data as much as possible in our work."

It was only recently that the satellite records began to show these emerging trends in shifting productivity. According to Reichle, "The modelling and the observations together, what we call data assimilation, is what really is needed." The satellite observations train the models, while the models can help depict Earth system connections such as the opposing productivity trends observed in the Arctic and tropics.

Brown Is the New Green

The satellite data also revealed that water limitations and decline in productivity are not confined to the tropics. Recent observations show that the Arctic's greening trend is weakening, with some regions already experiencing browning.

"I don't expect that we have to wait another 35 years to see water limitations becoming a factor in the Arctic as well, " said Reichle. We can expect that the increasing air temperatures will reduce the carbon uptake capacity in the Arctic and boreal biomes in the future. Madani says Arctic boreal zones in the high latitudes that once contained ecosystems constrained by temperature are now evolving into zones limited by water availability like the tropics.

These ongoing shifts in productivity patterns across the globe could affect numerous plants and animals, altering entire ecosystems. That can impact food sources and habitats for various species, including endangered wildlife, and human populations.

The data produced from this study are publicly accessible at:doi.org/10.3334/ORNLDAAC/1789