Больше растений и более длительные вегетационные сезоны в северных широтах превратили части Аляски, Канады и Сибири в более глубокие оттенки зеленого. Некоторые исследования переводят это озеленение Арктики в большее глобальное поглощение углерода. Но новые исследования показывают, что по мере изменения климата Земли увеличение поглощения углерода растениями в Арктике компенсируется соответствующим снижением в тропиках.

"Это новый взгляд на то, где мы можем ожидать поглощения углерода в будущем", - сказал ученый Рольф Райхле из отдела глобального моделирования и ассимиляции (GMAO) в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.

Райхле является одним из авторов исследования, опубликованного 17 декабря в AGU Advances, которое объединяет спутниковые наблюдения за 35 лет с помощью усовершенствованного радиометра очень высокого разрешения Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) с компьютерными моделями, включая данные об ограничении воды из ретроспективного анализа современной эпохи НАСА для исследований и приложений, Версия 2 (MERRA-2).

Вместе они дают более точную оценку глобальной "первичной продуктивности" - показателя того, насколько хорошо растения преобразуют углекислый газ и солнечный свет в энергию и кислород посредством фотосинтеза, за период с 1982 по 2016 год.

Арктической прибыли и убытки тропических

Продуктивность растений в холодном арктическом ландшафте ограничена длительными периодами холода. По мере повышения температуры растения в этих регионах смогли расти более густо и продлить свой вегетационный период, что привело к общему увеличению фотосинтетической активности и, как следствие, большему поглощению углерода в регионе в течение 35-летнего периода времени.

Однако накопление атмосферных концентраций углерода имело и несколько других волнообразных эффектов. Примечательно, что по мере увеличения углерода глобальные температуры повысились, а атмосфера в тропиках (где продуктивность растений ограничена наличием воды) стала суше. Недавний рост засухи и смертности деревьев в тропических лесах Амазонки является одним из примеров этого, а производительность и поглощение углерода на суше вблизи экватора снизились за тот же период времени, что и озеленение Арктики, что сводит на нет любое чистое влияние на глобальную производительность.

Добавление спутников в модели производительности

Предыдущие модельные оценки предполагали, что повышение продуктивности растений в Арктике может частично компенсировать деятельность человека, которая высвобождает атмосферный углерод, например сжигание ископаемого топлива. Но эти оценки опирались на модели, которые рассчитывают продуктивность растений, исходя из предположения, что они фотосинтезируют (преобразуют углерод и свет) с заданной эффективностью.

На самом деле на продуктивность растений могут влиять многие факторы. Включение спутниковых записей, таких как данные AVHRR, дает ученым последовательные измерения глобального фотосинтетического растительного покрова и может помочь объяснить переменные события, такие как вспышки вредителей и вырубка лесов, которые предыдущие модели не фиксировали. Они могут повлиять на глобальный растительный покров и продуктивность.

"Были и другие исследования, которые были сосредоточены на продуктивности растений в глобальных масштабах", - говорит Нима Мадани из Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL) Пасадена, Калифорния, и ведущий автор исследования, в которое также входят ученые из Университета Монтаны. "Но мы использовали улучшенную модель дистанционного зондирования, чтобы лучше понять изменения в продуктивности экосистем." Эта модель использует алгоритм повышения эффективности использования света, который объединяет наблюдения нескольких спутников за фотосинтетическим растительным покровом и такими переменными, как метеорология поверхности.

"Спутниковые наблюдения имеют решающее значение, особенно в регионах, где наши полевые наблюдения ограничены, и в этом красота спутников", - сказал Мадани. "Именно поэтому мы стараемся максимально использовать в своей работе данные спутникового дистанционного зондирования."

Только недавно спутниковые записи начали показывать эти новые тенденции в изменении производительности. По словам Райхле, " моделирование и наблюдения вместе, то, что мы называем ассимиляцией данных, - это то, что действительно необходимо." Спутниковые наблюдения обучают модели, в то время как модели могут помочь изобразить связи Земной системы, такие как противоположные тенденции продуктивности, наблюдаемые в Арктике и тропиках.

Коричневый-это новый зеленый

Спутниковые данные также показали, что водные ограничения и снижение продуктивности не ограничиваются тропиками. Недавние наблюдения показывают, что тенденция озеленения Арктики ослабевает, а в некоторых регионах уже наблюдается потемнение.

"Я не ожидаю, что нам придется ждать еще 35 лет, чтобы увидеть, как ограничения воды станут фактором и в Арктике", - сказал Райхле. Можно ожидать, что повышение температуры воздуха в будущем снизит поглощающую способность углерода в арктических и бореальных биомах. Мадани говорит, что арктические бореальные зоны в высоких широтах, которые когда-то содержали экосистемы, ограниченные температурой, теперь эволюционируют в зоны, ограниченные доступностью воды, такие как тропики.

Эти продолжающиеся изменения в структуре продуктивности по всему миру могут затронуть многочисленные растения и животных, изменив целые экосистемы. Это может повлиять на источники пищи и среду обитания различных видов, включая находящихся под угрозой исчезновения диких животных и человеческие популяции.

Данные, полученные в результате этого исследования, находятся в открытом доступе по адресу: doi.org/10.3334/ORNLDAAC/1789

ИСТОЧНИК