"Žalioji" žemė pagreitina atšilimą šaltuose regionuose ir lėtina sausumą • Aleksandras Berezinas • Mokslo naujienos apie "Elementus" • Klimatas, Žemės mokslai

Žemės apšvietimas pagreitina atšilimą šaltuose rajonuose ir lėtėja sausoje

Pav. 1. Lapų paviršiaus indekso (ILP) pokyčiai įvairiose pasaulio dalyse nuo 1982 iki 2015 m. Spalvos žemėlapyje atitinka procentinę skalę, žemesnę už ją. Balta rodo teritorijas, kuriose augmenija yra labai prasta. Vaizdas © R. Myneni iš bu.edu

Europos klimatologai, vadovaujami Europos Komisijos Jungtinio tyrimų centro Giovanni Forcieri, tyrinėdami palydovinius vaizdus, ​​nustatė neįprastą planetos ekologiškumo ryšį dėl visuotinio atšilimo ir vidutinės temperatūros pokyčius sausose ir vidutinio klimato zonose. Vidutiniškai klimatu, ekologiškumas, kaip tikėtasi, pagreitina temperatūros kilimą. Kita darbo išvada buvo netikėta: augmenijos plitimas sausose zonose slopina tolesnį atšilimą.

Pastaraisiais metais vis daugiau ir daugiau įrodymų kaupia tai, kad anglies dioksido padidėjimas atmosferoje ir dėl to padidėjusi temperatūra sukelia vadinamąjį "plačiai paplitusią ekologiškumą" (plačiai paplitusį ekologiškumą) – augalų augimą (žr. E. Anagnostou ir kt. 2016 m. Atmosferos CO2 Kanozo klimatas, taip pat naujienos2 atmosferoje didina augmenijos dangą, "Elements", 2014-05-04).Šiame darbe buvo nustatyta, kad 25-50% sausumos plotų, augančių augalais (duomenys skiriasi priklausomai nuo konkretaus palydovo, nes nuotraukos buvo paimtos skirtingu laiku), lapų paviršiaus indeksas didėja (ILP arba lapų indeksas, taip pat žr. Lapų ploto indeksą , LAI) – lapų plotas vienam žemės paviršiui. Priešingai, jis sumažėja mažiau nei 4%, o šio kritimo vietos sutampa su aktyvių miškų naikinimo sritimis.

Norėdami sužinoti, kokie veiksniai yra atsakingi už planetos ekologiškumą, šio 2016 m. Tyrimo autoriai modeliavome ekologiškumo procesą, "sustiprindami" arba "silpnindami" tam tikrus parametrus ir įvertindami, kaip tai veikia imituoto reiškinio intensyvumo padidėjimą ar sumažėjimą. Šiuo atveju modelis nustatė pagrindinius žmogaus veiklos poveikius augalams. Kaip rezultatas, pasirodė, kad 70% registruoto ILP padidėjimo atsirado dėl padidėjusio anglies dioksido koncentracijos atmosferoje: "išjungus" šį parametrą, tyrėjai sumažino 70% modeliuojamą ekologiškumą. Tokio poveikio CO mechanizmas2 modelis buvo dvigubas. Pirma, anglies dioksidas yra pagrindinė augalų "statybinė medžiaga", nes iš jos organinės molekulės yra pastatytos fotosintezės procese.Antra, jo perteklius sumažina vandens poreikį augalams. Norėdami gauti anglies dvideginio iš oro, augalai atveria stomata. Daugiau CO2, tuo mažesnis yra stomatinis paviršius, kurio jiems reikia (žr. H.J. de Boer ir kt., 2011 m.).2) Kadangi vanduo taip pat išgaruoja per odontologines spragas, jų zonos sumažėjimas sulėtino drėgmės praradimą. Kai augalai gauna daugiau anglies dvideginio, o jų prarandamas vanduo kvėpuojant, jie auga aktyviau ir lapų lapų indeksas didėja.

Iš to paties modeliavimo duomenų (kai autoriai "įjungė" ir "išjungė" tam tikrus veiksnius ir palygino simuliuoto "ekologiškumo" rezultatus), tai rodo, kad vidutinis metinis temperatūros augimas 8% leidžia augalijai pereiti į vietą, kurioje jis anksčiau buvo tundra Kitas 9% suteikė azoto trąšas, kurios po jų įvedimo palaipsniui išsiplėtė už žemės ūkio paskirties vietovių ribų. Likusieji 13 proc. Buvo gaunami iš miškų sodinimo (daugiausia Kinijoje ir Jungtinėse Amerikos Valstijose), žemės ūkio paskirties žemės mažinimas ir kiti veiksniai. Rusijos Europos dalis priklauso regionams, kuriuose ekologiškumas yra labiausiai išreikštas. Kadangi kai kurių veiksnių poveikis šalyse nebuvo tirtas, sunku patikslinti konkrečias priežastis, kodėl mūsų šalyje yra ekologiškesnis.

Europos Komisijos Jungtinio tyrimų centro ir Gento universiteto (Belgija) klimatologai, vadovaujami Giovanni Forcieri (Giovanni Forzieri), nusprendė išsiaiškinti, kas buvo praeitis, planetos ekologiškumo poveikis visuotiniam atšilimui 1982-2011 m. Norėdami tai padaryti, jie paėmė palydovinius vaizdus per šį laikotarpį (Global Inventory Modeling and Mapping Studies duomenų rinkinys), palygino ILP pokyčius skirtinguose pasaulio regionuose (2 pav., A) ir taip pat ištobulino savo kolegų vertinimą praėjusiais metais.

Pav. 2 A – 1982-2011 m. Lapo ploto indekso pokyčiai (ILP, LAI schemoje). B – vietinės vidutinės temperatūros jautrumas ekologiškumo poveikiui, matuojamas kaip vidutinės dienos temperatūros ir ILP santykis. C – vietos vidutinės temperatūros pokyčiai dėl ILP per 1982-2011 m. pokyčių. Juodieji taškai sritys, kuriose aukščiau minėtų parametrų svyravimai yra labai statistiškai reikšmingi. Vaizdas iš straipsnio diskusijojeMokslas su pakeitimais

Remiantis Fortierio grupės rezultatais, 46% visų augmenijos dengtų žemių (ir visa tai apėmė 85% žemės) buvo pastebimas statistiškai reikšmingas ekologinis apželdinimas.Tai daug konkretesnė nei praėjusių metų sąmata (25-50 proc.), Nes šiame darbe jie naudojo dar vieną palydovinių vaizdų rinkinį nuo 2014 m., Todėl nebuvo įmanoma suderinti įvairių metų duomenų, neprarandant tikslumo. Išskyrus 2011-2014 m. Duomenis, buvo įmanoma gauti tikslesnį įvertinimą.

Statistiškai reikšminga skambinkite rezultatui, kurio atsitiktinumo tikimybė yra maža. Paprastai vadinamoji p lygis, lygus 0,05, laikomas reikšmingumo riba. P-lygyje 0,05 yra 5% tikimybė, kad tarp atrankoje rastų kintamųjų santykio (čia ILP padidėjimas laikui bėgant) yra tik atsitiktinė šio pavyzdžio funkcija. Jei kintamųjų tarpusavio priklausomybė iš tikrųjų nėra (nulinė hipotezė, šiuo atveju ILP ne ilgesnį laiką auga), tada galima tikėtis rasti tą pačią ar didesnę priklausomybę tarp kintamųjų tik viename iš dvidešimt stebimų duomenų pavyzdžių.

Palyginus ILP pokyčius skirtinguose planetos regionuose, vaizdai buvo išdėstyti modelyje, apibūdinančioje šilumos priėmimą žemės paviršiuje saulės spinduliuotės formos ir jos vėlesnių nuostolių.Gauta šiluma buvo apskaičiuota kaip Saulės ilgio bangų spinduliavimo ir trumpalaikės spinduliuotės, absorbuotos Žemės paviršiaus (Rα), suma. Dėl infraraudonojo spinduliavimo priskiriamų nuostolių paliekant erdvę (LWišeiti), suvokiama (ne izoterminė) šiluma (H) ir latentinis (izoterminis) šiluma (LE modelyje). Paslėpta yra šiluma, kurią absorbuoja arba išleidžia termodinaminė sistema be temperatūros pokyčio šioje sistemoje, pavyzdžiui, kai vanduo išgaruoja (žr. Paslėptas ir suvokiamas šiluma). Šilumos balansas buvo apskaičiuotas naudojant LWout ≅ Rα – LE – H. LE apskaičiuotas pagal augalų kvėpavimo duomenis.

Tam tikromis sąlygomis augalams išgaravusių augalų kiekiui apskaičiuoti buvo naudojamas 2b modelio "Pasaulinis žemės išgaravimo modelis" versija (GLEAM v2B). Norint sužinoti, kaip ekologiškumo nebuvimas pakeis temperatūrą skirtinguose regionuose, duomenys, apskaičiuoti pagal pirmiau aprašytą schemą, buvo lyginami su faktiškai užfiksuota temperatūra. Jei, pašalinus ekologiškumo efektą, modelis neatspindėjo nustatytos temperatūros, autoriai padarė išvadą, kad lapų paviršiaus indekso padidėjimas sukėlė arba atšilimą, arba aušinimą.

Nors per ILP per stebėjimo laikotarpį visur pasikeitė žemės paviršiaus atspindys, šių pokyčių pasekmės buvo skirtingos. Zonose, kuriose vidutinė metinė temperatūra yra žemesnė kaip 280 K (6,85 ° C, šaltų arba vidutinio klimato zonose), paviršius prarado šilumą, daugiausia dėl to, kad infraraudonieji spinduliai patenka į kosmosą. Šalto regiono intensyvios žaliosios zonos sutapo su spartesnio temperatūros augimo sritimis (2 pav., C). Visų pirma tai įvyko Kanadoje ir Vidurio Europoje.

Kaip parodė apskaičiavimai, tai nutiko, nes žemė, užklijuota augalija, atspindi saulės spindulių daug silpnesnę, nei trūksta (mažiau jos LWout). Tiesa, Šiaurės Amerikoje ir Eurazijoje šį poveikį beveik visiškai kompensavo medienos ruošos ir miškų gaisrai (dėl to padidėjo LW). Be jų, pagal skaičiavimus, temperatūros kilimas šiuose rajonuose būtų žymiai didesnis. Tai nereiškia, kad šilimas čia sustojo. Remiantis tyrimu, jis vyko, tačiau jo ekologiškumo poveikis vietoje sumažėjo beveik iki nulio. Kai klimato pokyčiai šaltose zonose buvo ignoruojami modelio be ekologiškumo, vidutinės metinės temperatūros augimas buvo 9% mažesnis nei praktikoje.Iš to autoriai daro išvadą, kad dėl tų klimato sąlygų, kuriose nėra pjovimo, ekologiški klimatui šiltos vietovės šiluma padidėjo 10%.

Tačiau, kai vidutinė metinė temperatūra viršijo 290 K (16,85 ° C, karšta klimato zona), praradimai per latentinę šilumą (LE pagal modelį) atliko netikėtai didelį vaidmenį regioniniame šilumos balanse. Kaip parodė autorių skaičiavimai, ILP stebimos augalijos kiekio padidėjimas padidino augalams išgaravusį vandens kiekį kvėpuojant atmosferoje. Dėl šios priežasties paviršius prarado nepaprastai didelį energijos kiekį latentinės šilumos pavidalu. Dėl to karšto klimato zonose buvo pastebėtas ryškus regioninis aušinimas. Tai buvo ypač ryškus srityse, kuriose paprastai nėra daug kritulių, pavyzdžiui, Australijoje ir Pietų Afrikoje (2 pav., C).

Apskaičiuotas aušinimo efektas dirba klimato zonose, kurios sudaro 60% visos sausumos augmenijos. Nors vykstantis ekologiškas sprendimas negalėjo kompensuoti pasaulinio atšilimo visur, šiose srityse vidutinės metinės temperatūros augimas sumažėjo 14%.Kai kuriose planetos dalyse jis yra ypač ryškus. Pietų Afrikoje, rytinėje Pietų Amerikoje ir Australijoje nuo 1982 iki 2011 m. Ekologiškumas sumažino vidutinę metinę temperatūrą 0,4 K per dešimtmetį. Galbūt tai buvo dėl vidutinio kritulių šiuose rajonuose. Remiantis tyrėjų skaičiavimais, kuo mažiau kritulių, tuo labiau pastebimi tam tikros zonos šilumos balanse, yra latentinės šilumos, patenkančios į vandens išgarą augalais, dalis.

Mokslininkai pastebi, kad ypač šaltuoju metų laikotarpiu vietovėse, kurių vidutinė metinė temperatūra yra mažesnė nei 280 K, ekologiškumo kaitinimo efektas pasirodė esąs daug stipresnis nei "įprastose" – iki 5 kartų. Labai šiltų metų karšto klimato srityse ekologiškumo poveikis aušinimui pasireiškia ir keletą kartų stipresnis. Ypač karšta ar labai šalta, autoriai laikėsi metų, kai vidutinė metinė temperatūra nukrypo nuo normos vienoje ar kitoje kryptimi daugiau nei 0,5 K. Taigi, augalija sumažino temperatūros svyravimus tais metais, kai jie labai nukrypo nuo normos.

Planetos mastu šie du ekologiškumo efektai – "šildymas" ir "aušinimas" – beveik kompensavo vienas kitą.Jų kaupiamasis poveikis sumažina planetos paviršiaus temperatūrą (palyginus su galimybe neapsaugoti) tik 0,007 K per dešimtmetį. Svarbiausias klimato poveikis augalijai prasideda tuo, kad prisideda prie atšilimo šaltuose rajonuose ir sulėtėja karštu klimatu, ekologiškumas "išlygina" žemės klimatą, jį sušvelnina.

Mokslininkai neatsižvelgė į klausimą, kur vanduo yra paimtas sausringose ​​planetos zonose, išgaruojančios jų augalus. Tačiau dar 2016 m. Buvo įrodyta, kad, remiantis stebėjimais per pastaruosius 60 metų, kritulių kiekis virš žemės visame pasaulyje didėja (žr. MG Donat ir kt., 2016 m. Daugiau kritulių kritulių sausuose ir šlapiuose regionuose), nes nuo atšilimo veda prie didesnio garavimo nuo jūros paviršiaus. Dėl sausų žemės sričių augimas yra 1-2% kas dešimtmetį. Tai reiškia, kad augalai naudoja drėgmę, kuri patenka į šias zonas dėl intensyvesnio lietaus.

Nauji darbai parodė, kad padidėjęs augalijos sluoksnis, kurį sukelia antropogeninis anglies dioksido išmetimas, paspartino atšilimą vidutinio ir šalto klimato sąlygomis ir tuo pačiu metu sulėtėjo.Tai gana ryškus nukrypimas nuo populiarių nuomonių, pagal kuriuos pasaulinis atšilimas padidins sausras ir intensyviai padidins temperatūrą sausose klimato zonose. Ankstesniuose darbuose buvo padaryta išvada, kad Artimieji Rytai ir atoslūgių atogrąžų rajonai nebebus tinkami žmonėms iki amžiuje (žr. SC Sherwood ir M. Huber, 2010). . Net ir tuose vystymosi scenarijuose, kurie nenumato tokio netinkamumo, buvo manoma, kad atšilimas leistų sumažinti derlingumą (žr. J. Hansen ir M. Sato, 2016 m. Regioninis klimatas). Kai kuriuose tyrimuose teigiama, kad derlingumo mažinimo ir buveinių paplitimo procesas jau vyksta (žr. C. P. Kelley ir kt., 2014 m. – Sirijos sausra).

Pastaraisiais metais atsiradę duomenys (žr. Benjaminą D. Stockerį ir kt., 2016 m. "Žemės ir jo vairuotojų ekologinis apšvietimas, taip pat apšviestas straipsnis") parodė, kad lapų ploto indeksas ir kritulių intensyvumas aktyviai auga, įskaitant įskaitant sausringose ​​zonose (išskyrus aktyvias miško kirtimo vietas). Tačiau ankstesnius įverčius įtakos turėjo ne tik specifinių duomenų trūkumas, dėl kurio dyglių augimo tikimybė buvo apskaičiuota modeliuojant, o ne pastebimas tendencijas. Teoriniai aspektai taip pat vaidino svarbų vaidmenį formuojant juos.Vienas iš svarbiausių iš jų buvo idėja, kad Hadley ląstelių sudedamoji dalis.

Hadley ląstelė (3 pav.) Yra žemos atmosferos oro masių uždaros cirkuliacijos sritis, kuri stebima mažose platumos (nuo 0 iki 30-40 laipsnių kiekviename pusrutulyje). Šildoma ant pusiaujo zonos paviršiaus, oras pakyla iki 10-15 kilometrų aukščio ir juda į polius, po to palaipsniui atšaldantis ir patenka į planetos paviršių. Vandens garai joje kondensuojasi ir patenka kaip lietus. Abiejuose pusrutuliuose sausas oras nuo 30 laipsnių grįžta į ekvatoriją, bet nebereikia susidaryti kritulių. Tai yra tas oras, kuris eina per atogrąžų dykumą ir yra atsakingas už kritulių stygių.

Pav. 3 Hadley ląstelės (atmosferos mastas nesutampa su realia). Vasarą jie išsiplėtė į šiaurę, o žiemą jie atsitrenkė į pietus. Vaizdas iš continentsandoceans.com

Kiekvieną vasarą Hadley ląstelė kiekviename pusrutulyje pereina prie savo poliaus. Taip yra dėl vasaros temperatūros kilimo ir lėtesnio oro masės aušinimo, kai juda į atitinkamą polių. Dėl to klimatologai jau seniai tikėjo, kad, pakilus pasaulinei temperatūrai, Hadley ląstelių ribos pereis į polius, o tai lemia džiūvesnio oro dominavimą aukštyje virš 30 laipsnių.grįžta į ekvatoriją žemoje aukštyje. Tai turėjo sukelti visuotinį dykumėjimą. Tiesa, tai buvo silpnai susijęs su tuo, kad Žemės istorijoje jau buvo šilčiau klimato laikotarpiai, kurie nebuvo lydi didelio masto aridizacijos (žr. Holoceno klimato optimalus).

Stefanas Kröpelinas, žinomas vokiečių Sacharos tyrėjas, remdamasis savo stebėjimais apie Afrikos dykumą ir pusiau dykumą, ne kartą kelia klausimą, kad bendresni veiksniai, tokie kaip padidėjęs anglies dvideginis ir garavimas, iš tikrųjų veda prie apleistų regionų ekologiškumo planetos. Kaip jis pažymėjo, pastaraisiais dešimtmečiais Sacharoje ir Sahelyje prasidėjo augalija: atrodo, kur anksčiau nebuvo. Nepaisant to, tokias pastabas sunku laikyti baigtiniais, nes jie buvo atlikti tik antžeminėmis priemonėmis. Naujų kūrinių serija, kurioje daugelį dešimtmečių naudojami palydoviniai vaizdai iš visos Žemės, kelis dešimtmečius pirmą kartą pateikia daug išsamesnį vaizdą, patvirtinantį Kröpelino tezes ir prieštaraujančius modeliams, kurie paskatino atšilimą sukelti dykumėjimą sausose Žemės vietovėse (žr. J.Guiot, W. Cramer, 2016 m. "Klimato kaita: 2015 m. Paryžiaus susitarimas ir Viduržemio jūros baseino ekosistemos").

Šaltinis: Giovanni Forzieri, Ramdane Alkama, Diego G. Miralles, Alessandro Cescatti. Palydovai rodo kontrastingus atsakymus į plačiai ekologišką Žemę Mokslas. 2017. V. 356. I. 6343. P. 1180-1184. DOI: 10.1126 / science.aal1727.

Aleksandras Berezinas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: