Het veld van de klimaatwetenschap lijkt veel voorbeelden te bevatten van alarmerende op hol geslagen feedbackloops, vicieuze cirkels, en voorheen onvoorstelbare schadelijke synergetische effecten die zich voordoen binnen aardse systemen, bijvoorbeeld, het albedo-effect met betrekking tot smeltend zee-ijs; of smeltende permafrost die meer methaan vrijgeeft om het smeltproces verder te versnellen. Nieuw onderzoek door een team van Columbia University gaat in deze geest verder met resultaten van hun recente studie gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang . De studie, "Geprojecteerde toename in intensiteit, frequentie, en terrestrische koolstofkosten van samengestelde droogte en droogte, " laat zien dat het samengestelde effect van bodemvocht (SM) en dampdrukdeficit (VPD) op terrestrische koolstofopname groter is dan het effect van beide variabelen afzonderlijk beschouwd, en dat deze twee voorwaarden elkaar wederzijds versterken.

Droogte en extreme hitte zijn twee vormen van extreem weer die hebben gehad, en zal blijven hebben, een grote impact hebben op natuurlijke systemen, maar ook op menselijke gemeenschappen en systemen die ervan afhankelijk zijn. Een derde klimaatdynamiek, atmosferische droogte, is een gecombineerde maat voor zowel temperatuur als luchtvochtigheid, ingekapseld in de metriek van VPD. SM en VPD zijn beide erkende indicatoren van koolstofopname en watergebruik door planten in tijden van droogte, en het is bekend dat extreme gevallen van beide indicatoren - hoge VPD of lage SM - ervoor zorgen dat de huidmondjes van de plant vernauwen of sluiten, waardoor de opname van koolstof wordt beperkt. VPD en SM zijn aandoeningen waarvan ook bekend is dat ze samen voorkomen, en hoewel ze in het verleden vaak onafhankelijk zijn beoordeeld, een belangrijk doel van deze studie was om de relatie tussen de twee variabelen die optreden in overleg beter te begrijpen.

De samengestelde effecten van VPD en SM zijn door de onderzoekers gekarakteriseerd als "gedreven door een reeks complementaire fysieke processen, " waarvan een lage SM bijdraagt ​​aan verminderde verdamping. Verminderde verdamping leidt op zijn beurt tot temperatuurstijgingen en hogere VPD (vanwege verminderde verdampingskoeling en vochtigheid in de buurt van het oppervlak). Verhoogde VPD stimuleert verdere verdamping, wat op zijn beurt de afname van SM versnelt. Het samen voorkomen van VPD en SM in deze vicieuze cirkel neemt sinds het midden van de 20e eeuw toe, en deze gelijktijdige gebeurtenissen zijn in frequentie en intensiteit toegenomen. Er wordt voorspeld dat dit patroon in de nabije toekomst voortdurend zal toenemen, samen met de opwarmingstrends.

Bij het onderzoeken van de relatie tussen SM en VPD, Zhou en collega's keken ook naar hun effect op toekomstige klimaatscenario's, vooral met betrekking tot hoe de waargenomen gegevens overeenkwamen met verschillende aardsysteemmodellen (ESM's), in termen van hun nauwkeurigheid in relatie tot zowel historische simulaties uit het verleden als toekomstige voorspellingen van klimaatsimulaties. specifiek, hun onderzoek toonde aan dat:"(i) samengestelde VPD- en SM-extremen veel vaker voorkomen dan verwacht als VPD en SM niet nauw met elkaar verbonden waren, (ii) deze co-evolutie van droogte en droogte resulteert in aanzienlijke koolstofverliezen in ecosystemen, en (iii) de effecten van deze samengestelde extremen zullen in de toekomst sterker worden."

Bij het testen van hun hypothesen, Zhou en collega's verzamelden dagelijkse observatiegegevens van 66 fluxtorenlocaties, meestal gelegen op lage en middelhoge breedtegraden, en evalueerde de relatie tussen SM, VPD, netto ecosysteemproductiviteit (NEP), bruto primaire productiviteit (GPP), en totale ecosysteemademhaling (TER). NEP is een maatstaf voor het terrestrische koolstofbudget, terwijl GPP en TER constituerende metrieken zijn van NEP, die fotosynthese en ademhaling vertegenwoordigen, respectievelijk. Statistische analyse van deze gegevens bevestigde een sterke en bimodale correlatie tussen SM en VPD in beide uitersten; dat is, lage SM en hoge VPD kwamen vaak samen voor, evenals hoge SM en lage VPD. Bovendien, ze ontdekten dat lage SM-hoge VPD-gebeurtenissen de neiging hadden ongeveer twee keer zo vaak voor te komen als elke variabele die afzonderlijk werd beschouwd, en dat lage SM-hoge VPD-omstandigheden de neiging hadden om hechter aan elkaar te worden gekoppeld naarmate ze extremer werden. In aanwezigheid van extreem lage SM-hoge VPD-omstandigheden, GPP en NEP zijn beide gedaald, terwijl TER relatief stabiel bleef.

Om hun waarnemingen uit de gegevens van de fluxtoren te vergelijken en te verifiëren, de groep onderzocht honderdjarige simulaties van historische (1871-1970) en geprojecteerde toekomstige (2001-2100) klimaatomstandigheden ten opzichte van 15 ESM's. Deze ESM's bevestigden de negatieve correlatie tussen SM en VPD en stelden de onderzoekers in staat om gebieden van de wereld in kaart te brengen waarin de kansvermenigvuldigingsfactor, de primaire statistische maatstaf van deze studie, was bijzonder uitgesproken. Van belang, het zuidoosten van de VS, het Amazonegebied, Zuid-Afrika, en Oost- en Zuidoost-Azië vertoonden allemaal een sterke SM-VPD-interactie in zowel historische als toekomstige ESM-modellen. Deze ESM-modellen voorspelden een toename in zowel de frequentie als de intensiteit van samengestelde SM-VPD-gebeurtenissen, die een aanzienlijke wereldwijde impact zullen hebben op de continentale koolstofputcapaciteit.

Bij het evalueren van deze toekomstige impact van extreme VPD-SM in de ESM's, de onderzoekers voorspelden een afname van de koolstofopname. Met betrekking tot de meeste niet-boreale regio's tussen 50 graden noorderbreedte en 50 graden zuiderbreedte (waar de meeste fluxtorengegevens werden verzameld), TER is afgenomen. Zowel GPP als TER, zoals beïnvloed door VPD-SM samengestelde gebeurtenissen, waren geassocieerd met "negatieve NEP-anomalieën ... over meer dan 75% van het landoppervlak tijdens de twee [historische en toekomstige ESM-simulatie] perioden." Samengevat, "enorme verwachte toenames van het gelijktijdig voorkomen en de omvang van gelijktijdige VPD- en SM-extremen in veel regio's wereldwijd" zal resulteren in een drastische vermindering van de koolstofopnamecapaciteit van ecosystemen.

ESM-gegevens toonden ook aan dat NEP-anomalieën als gevolg van samengestelde extreme SM-VPD-gebeurtenissen veel sterker waren dan anomalieën als gevolg van extreme gebeurtenissen als gevolg van slechts één van deze variabelen. Resultaten verschilden regionaal Bij het beoordelen van de additieve effecten van de ene extreme variabele versus de andere met betrekking tot koolstofopname in de context van historische en toekomstige simulaties. Extreem lage SM zou naar verwachting een grotere impact hebben op NEP dan extreem hoge VPD op het noordelijk halfrond, hoewel deze bevinding niet van toepassing was op de Amazone- en Congobekkens op het zuidelijk halfrond. Het extra effect van extreem lage SM op GPP bleek veel groter te zijn dan het effect van extreem hoge VPD voor bijna alle landmassa's in toekomstige simulaties, echter.

Zhou en collega's houden ook rekening met de verzachtende factor van het fenomeen dat bekend staat als CO ₂ bevruchting, waarbij de snelheid van fotosynthese in planten toeneemt als gevolg van verhoogde atmosferische koolstofdioxide. Ondanks deze compensatie, Er wordt nog steeds voorspeld dat de wereldwijde koolstofopname zal afnemen. De onderzoekers merken een paar onzekerheden op in hun methoden en modellen, bijvoorbeeld het feit dat hun modellen geen rekening houden met het aanpassingsvermogen van planten aan klimaatverandering. Ze pleiten ook voor toekomstig werk om de effecten van VPD en SM te scheiden zoals ze van toepassing zijn op ecosysteemmodellen, aangezien VPD naar verwachting wereldwijd aanzienlijk zal toenemen, terwijl SM-projecties minder universeel lijken te gelden.

Tot slot, de groep stelt, "Onze resultaten benadrukken het belang van samengestelde droogte en droogte en hun impact op de opname van continentale koolstof, en de noodzaak om met deze factoren rekening te houden bij de evaluatie van toekomstige risico's op het gebied van klimaatverandering. Gezien de verwachte toename van de intensiteit en frequentie van samengestelde droogte en droogte in de 21e eeuw, Er moeten strategieën worden ontwikkeld en geïmplementeerd om risico's te beheersen en het aanpassingsvermogen te verbeteren."

© 2019 Wetenschap X Netwerk