In de afgelopen decennia, wetenschappers hebben een toename van de Arctische plantengroei opgemerkt als een symptoom van klimaatverandering. Maar zonder waarnemingen die precies laten zien wanneer en waar de vegetatie is gebloeid terwijl de koudste gebieden ter wereld warm worden, het is moeilijk te voorspellen hoe vegetatie zal reageren op toekomstige opwarming. Nutsvoorzieningen, Onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Amerikaanse Department of Energy en UC Berkeley hebben een nieuwe benadering ontwikkeld die een nauwkeuriger beeld kan schetsen van de arctische vegetatie en het recente verleden en de toekomst van ons klimaat.

In een studie die op 20 augustus online is gepubliceerd, Natuur Klimaatverandering , de onderzoekers gebruikten satellietbeelden van de afgelopen 30 jaar om - tot op een pixel van ongeveer 25 vierkante mijl - de eb en vloed van plantengroei in koude gebieden van het noordelijk halfrond op te sporen, zoals Alaska, het noordpoolgebied van Canada, en het Tibetaanse plateau.

De 30-jarige historische satellietgegevens die in het onderzoek werden gebruikt, werden verzameld door de Advanced Very High Resolution Radiometer van de National Oceanic and Atmospheric Administration. De gegevens zijn verwerkt door Boston University, en wordt gehost op NEX - het gegevensarchief van NASA Earth Exchange.

Aanvankelijk, de satellietgegevens lieten zien wat ze verwachtten - dat naarmate de arctische klimaten warmer werden, groei van bomen en planten nam toe. Na het vergelijken van deze waarnemingen met state-of-the-art klimaatmodellen ontwikkeld voor CMIP5 - het Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 - verraste wat ze vervolgens ontdekten.

Uit hun data-analyse bleek dat 16 procent van het begroeide land van de aarde waar de plantengroei drie decennia geleden werd beperkt door koude temperaturen, tegenwoordig niet langer overwegend temperatuurbeperkt is, een resultaat dat niet werd gereproduceerd door de geteste CMIP5-modellen. "Onze bevindingen suggereren dat de voorspellingen van CMIP5 de veranderingen in het Arctische ecosysteem aanzienlijk hebben onderschat, en klimaatmodellen moeten worden verbeterd om de toekomst van het noordpoolgebied beter te begrijpen en te voorspellen, " zei eerste auteur Trevor Keenan, een faculteitswetenschapper in het Earth &Environmental Sciences Area van Berkeley Lab en een assistent-professor in de afdeling Environmental Science van UC Berkeley, Beleid, en management.

Keenan en Riley gebruikten de satellietgegevens om een ​​nieuwe waarnemingsmaatstaf te bouwen die de groeiende uitgestrektheid van begroeid land op het noordelijk halfrond kwantificeert. Ze schatten ook veranderingen in het aandeel van het aardoppervlak waar de plantengroei in de 21e eeuw niet langer zal worden beperkt door koude temperaturen. Keenan en Riley voorspellen dat tegen het jaar 2100, slechts 20 procent van het begroeide land op het noordelijk halfrond zal nog steeds worden beperkt door de koude omstandigheden die daar al eeuwen gelden; de overige 80 procent zal niet langer voldoende koude temperaturen ervaren, en met eerdere veren, planten zullen sneller groeien, op onverwachte plaatsen en in onverwachte mate.

"Hoewel de vergroening misschien goed nieuws klinkt, omdat het meer koolstofopname en biomassaproductie betekent, het vertegenwoordigt een grote verstoring van het delicate evenwicht in koude ecosystemen, " zei Keenan. "De temperaturen zullen voldoende opwarmen zodat nieuwe soorten bomen kunnen intrekken en concurreren met vegetatie die eerder het landschap had gedomineerd. Deze verandering in vegetatie zou ook gevolgen hebben voor insecten en dieren die voor voedsel afhankelijk waren van inheemse vegetatie."

Wetenschappers die via het World Climate Research Program samenwerken, hebben de CMIP5-modellen ontwikkeld om onderzoekers over de hele wereld te helpen een beter begrip te krijgen van de relatie tussen koolstofemissies en het broeikaseffect, onder andere doelen. Internationale consortia zoals het IPCC (International Panel on Climate Change) hebben ook CMIP5-projecties gebruikt om beleidsbeslissingen te informeren. Keenan zei dat hoewel de CMIP5-modellen onderzoekers een breed overzicht van het probleem gaven, ze geven niet altijd nauwkeurig de belangrijke rol weer die planten spelen bij het terugkaatsen van licht in de atmosfeer, water terug de atmosfeer in sturen, en het absorberen van kooldioxide.

"Niemand heeft eerder vanuit deze hoek naar systemen op hoge breedtegraden gekeken, omdat ze erg complex zijn, maar ze zijn belangrijk omdat ze meerdere terugkoppelingen naar het aardsysteem regelen, " zei co-auteur William Riley, een senior wetenschapper in Berkeley Lab's Earth &Environmental Sciences Area.

Nu Keenan en Riley een standaardaanpak hebben vastgesteld voor het beoordelen van klimaatmodellen, ze zijn van plan te onderzoeken hoe ze meer geavanceerde statistische technieken kunnen gebruiken, zoals machinaal leren, om te kwantificeren hoe de organische stof eigenschappen van de bodem, atmosferische kooldioxide, bosbranden, en temperatuur, klimaat in de 21e eeuw zal beïnvloeden.