Undersøgelse informerer om strategier for klimamodstandsdygtighed i byområder, landdistrikter

Lokale beslutningstagere, der leder efter måder at reducere virkningen af ​​hedebølger på deres samfund, har en værdifuld ny evne til deres rådighed:en ny undersøgelse af vegetationsmodstandsdygtighed.

Forskere ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory afsluttede en undersøgelse af, hvor godt vegetationen overlevede ekstreme varmebegivenheder i både by- og landsamfund over hele landet i de seneste år. Analysen informerer om veje til klimabegrænsning, herunder måder at reducere effekten af ​​byvarmeøer.

Vegetation såsom træer giver en værdifuld køleeffekt, skygger for overflader og afleder solstråling, mens den frigiver fugt til atmosfæren gennem evapotranspiration - den proces, hvor planter absorberer vand gennem deres rødder og frigiver det som vanddamp gennem deres blade.

Undersøgelsen, offentliggjort i tidsskriftet PNAS Nexus , er den første landsdækkende opgørelse af vegetationsmodstandsdygtighed, der tager højde for indflydelsen fra menneskeskabt infrastruktur. Ved hjælp af maskinlæringsmetoder undersøgte ORNL-forskere omkring to årtiers satellit- og andre data, der dækker 85 store byer og omkringliggende landdistrikter.

Holdet fandt ud af, at uigennemtrængelige overflader såsom veje og anden infrastruktur, fugtforhold og type jorddækning påvirker vegetationens modstandsdygtighed. De evaluerede også, hvordan vegetation påvirkes af intensiteten, varigheden og timingen af ​​hedebølger.

Dataene giver afgørende indsigt i, hvordan økosystemer kan beskyttes mod klimaændringer, herunder veje til at modvirke indflydelsen fra byvarmeøer og for at forbedre forvaltningen af ​​naturressourceområder, sagde Jiafu Mao, ORNL Earth System-modelleringsforsker og projektets leder.

"Den empiriske evidens, vi leverer fra denne forskning, kan hjælpe byplanlæggere til bedre at forstå, hvilke planter der er mere sårbare over for hedebølger og stressfaktorer såsom tilgængelighed af vand i det lokale miljø, vejledende beslutninger om plantevalg og placering og forbedringer af bydesign," sagde Mao.

"Undersøgelsen tyder på, at bevarelse og forbedring af vegetation kan bidrage væsentligt til byernes bæredygtighed, forbedringer af luftkvaliteten og beboernes velvære."

Arbejdet udvider ORNLs forskning i klimapåvirkninger i by- og landøkosystemer. I en tidligere undersøgelse fandt Mao og kolleger ud af, at selvom alle regioner i landet kan forvente en tidligere start på vækstsæsonen, når temperaturerne stiger, vil tendensen sandsynligvis blive mere variabel år for år i varmere områder. Forskningen fandt en tendens til accelereret forårsspirer og blomstring af planter i landdistrikter, når temperaturerne stiger, for eksempel, men foreslog, at tendensen vil aftage, efterhånden som opvarmningen fortsætter.

Identifikation af mønstre til at vejlede lokal beslutningstagning

Den nye vegetationsresiliensundersøgelse beskrevet i PNAS Nexus afslørede en generel tendens til øget tidlig grønning som reaktion på varmere temperaturer i traditionelt køligere måneder. Men efterhånden som temperaturerne steg og varmen fortsatte, faldt vegetationens grønnere ofte markant, sagde Yaoping Wang, en ORNL-postdoktor og førsteforfatter af papiret.

Undersøgelsen identificerede en temperatur på 2 grader Celsius eller højere over det historiske sommergennemsnit, som varede i fire måneder eller mere som tærsklen for de mest signifikante effekter på grønnere.

Fundene varierede med lokale økosystemkarakteristika. For eksempel blev byvegetation fundet mere modstandsdygtig i det vestlige USA end i øst i analyseperioden, hovedsageligt på grund af højere byvæksttemperaturer og bedre kunstvandingspraksis i Vesten, bemærkede forskerne.

"Vores analyse er den første storstilede kvantificering af by- og landforskelle i vegetation og dens modstandsdygtighed over for ekstreme begivenheder i det sammenhængende USA, der fanger disse meget brede mønstre for miljøændringer," sagde Wang. Fremtidige undersøgelser, der fanger flere data af høj kvalitet, vil gavne både byplanlæggere og økosystemmodellere, tilføjede hun.

Projektet giver værdifulde data om de komplekse interaktioner mellem biologiske og miljømæssige faktorer på flere skalaer over tid, ned til en 1-kilometers opløsning, sagde Mao. Oplysningerne er også blevet brugt til at finjustere den jordoverfladekomponent, som ORNL forvalter for DOE Energy Exascale Earth System Model, som simulerer, hvordan verden kan ændre sig i fremtidige klimascenarier.

Analysen brugte Daymet4-databasen over dagligt jordoverfladevejr og klimatologiske opsummeringer, en del af ORNL Distributed Active Archive Center, der vedligeholdes for NASA's Earth Science Data and Information System-projekt. Forskere udnyttede også MODIS Enhanced Vegetation Index fra NASA og National Land Cover Database, vedligeholdt af U.S. Geological Survey.

Forskerne brugte den tilfældige skovmaskineindlæringsalgoritme og andre metoder i deres analyse, såvel som de højtydende computerressourcer i Oak Ridge Leadership Computing Facility, en DOE Office of Science brugerfacilitet.

Flere oplysninger: Yaoping Wang et al., Termiske, vand- og landdækningsfaktorer førte til kontrasterende by- og landvegetationsmodstandsdygtighed over for ekstreme varme måneder, PNAS Nexus (2024). DOI:10.1093/pnasnexus/pgae147

Journaloplysninger: PNAS Nexus

Leveret af Oak Ridge National Laboratory