Området klimatvetenskap tycks innehålla många exempel på alarmerande skenande återkopplingsslingor, onda cirklar, och tidigare oanade skadliga synergistiska effekter som uppstår inom jordens system – till exempel, albedoeffekten med avseende på smältande havsis; eller smältande permafrost som frigör mer metan för att ytterligare påskynda smältningsprocessen. Ny forskning av ett team från Columbia University fortsätter i denna riktning med resultat från deras senaste studie publicerad i Vetenskapens framsteg . Studien, "Prognostiserade ökningar i intensitet, frekvens, och markbundna kolkostnader för sammansatta torka och torrhetshändelser, " visar att den sammansatta effekten av markfuktighet (SM) och ångtrycksunderskott (VPD) på markbunden kolupptagning är större än effekten av endera variabeln när den betraktas separat, och att dessa två tillstånd tenderar att ömsesidigt förstärka varandra.

Torka och överdriven värme är två former av extremt väder som har haft, och kommer att fortsätta ha, en stor inverkan på naturliga system såväl som mänskliga samhällen och system som förlitar sig på dem. En tredje klimatdynamik, atmosfärisk torrhet, är ett kombinerat mått på både temperatur och luftfuktighet, inkapslad i metriken för VPD. SM och VPD är båda erkända indikatorer på kolupptag och vattenanvändning av växter i torktider, och extrema förekomster av båda dessa indikatorer - hög VPD eller låg SM - är kända för att få växtstomata att smalna av eller stänga, vilket begränsar kolupptaget. VPD och SM är tillstånd som också är kända för att uppstå samtidigt, och även om de ofta har utvärderats oberoende tidigare, ett viktigt mål med denna studie var att bättre förstå sambandet mellan de två variablerna som inträffar i samverkan.

De sammansatta effekterna av VPD och SM har av utredarna karakteriserats som "drivna av en serie kompletterande fysiska processer, " varav låg SM bidrar till minskad evapotranspiration. Minskad evapotranspiration leder i sin tur till temperaturhöjningar och högre VPD (på grund av minskad evaporativ kylning och ytnära luftfuktighet). Ökad VPD driver ytterligare evapotranspiration, vilket i sin tur accelererar minskningarna i SM. Samförekomsten av VPD och SM i denna onda cirkel har varit på uppgång sedan mitten av 1900-talet, och dessa samtidiga händelser har ökat i frekvens och intensitet. Detta mönster förutspås att kontinuerligt öka under överskådlig framtid i takt med uppvärmningstrender.

När vi utforskar förhållandet mellan SM och VPD, Zhou och kollegor tittade också på deras effekt på framtida klimatscenarier, särskilt med hänsyn till hur observerade data motsvarade flera jordsystemmodeller (ESM), i termer av deras noggrannhet i förhållande till både tidigare historiska simuleringar och framtida klimatsimuleringsförutsägelser. Specifikt, deras studie visade att:"(i) extremer av sammansatt VPD och SM inträffar mycket oftare än förväntat om VPD och SM inte var intimt kopplade, (ii) denna samtidiga utveckling av torka och torrhet resulterar i betydande kolförluster i ekosystemet, och (iii) effekterna av dessa sammansatta extremer kommer att förstärkas i framtiden."

När de testade sina hypoteser, Zhou och kollegor samlade in dagliga observationsdata från 66 fluxtornsplatser, mestadels belägen på låg- och mellanlatitud, och utvärderade relationen mellan SM, VPD, nettoekosystemproduktivitet (NEP), brutto primärproduktivitet (GPP), och total ekosystemandning (TER). NEP är ett mått på den markbundna koldioxidbudgeten, medan GPP och TER är beståndsdelar av NEP, representerar fotosyntes och andning, respektive. Statistisk analys av dessa data bekräftade en stark och bimodal korrelation mellan SM och VPD vid båda ytterligheterna; det är, låg SM och hög VPD tenderade att förekomma samtidigt, liksom hög SM och låg VPD. Dessutom, de fann att låg SM-hög VPD-händelser tenderade att inträffa ungefär dubbelt så ofta som varje variabel betraktad oberoende, och att låg SM-hög VPD-tillstånd tenderade att bli tätare kopplade när de blev mer extrema. I närvaro av extremt låg SM-hög VPD-tillstånd, GPP och NEP minskade båda, medan TER förblev relativt stabilt.

För att jämföra och verifiera deras observationer från flödestornsdata, gruppen undersökte hundraårsjubileumssimuleringar av historiska (1871-1970) och prognostiserade framtida (2001-2100) klimatförhållanden gentemot 15 ESM. Dessa ESM bekräftade den negativa korrelationen mellan SM och VPD och gjorde det möjligt för forskarna att kartlägga områden på jordklotet där sannolikhetsmultiplikationsfaktorn, det primära statistiska måttet för denna studie, var särskilt uttalad. Att notera, sydöstra USA, Amazonasområdet, Södra Afrika, och Öst- och Sydostasien visade alla stark SM-VPD-interaktion i både historiska och framtida ESM-modeller. Dessa ESM-modeller förutspådde ökningar i både frekvens och intensitet av sammansatta SM-VPD-händelser, som kommer att ha en betydande global inverkan på den kontinentala kolsänkans kapacitet.

Vid utvärdering av denna framtida påverkan av extrem VPD-SM i ESM, utredarna förutspådde en minskning av kolupptaget. När det gäller de flesta icke-boreala regioner mellan 50 grader nordlig latitud och 50 grader sydlig latitud (där de flesta flödestorndata samlades in), TER minskade. Både GPP och TER som påverkades av VPD-SM-sammansatta händelser var associerade med "negativa NEP-anomalier ... över mer än 75% av landytan under de två [historiska och framtida ESM-simulerings] perioderna." Sammanfattningsvis, "enorma prognostiserade ökningar av samtidig förekomst och omfattningen av samtidiga VPD- och SM-extremer i många regioner globalt" kommer att resultera i drastiska minskningar av ekosystemens kolupptagskapacitet.

ESM-data visade också att NEP-avvikelser till följd av sammansatta extrema SM-VPD-händelser var mycket starkare än anomalier som härrörde från extrema händelser som härrörde från endast en av dessa variabler. Resultaten skiljde sig regionalt vid bedömning av de additiva effekterna av en extremvariabel kontra en annan i relation till kolupptag i samband med historiska och framtida simuleringar. Extremt låg SM beräknades ha en större inverkan på NEP än extremt hög VPD på norra halvklotet, även om detta fynd inte gällde Amazon- och Kongobassängerna på södra halvklotet. Den ytterligare effekten av extremt låg SM på GPP visade sig vara mycket större än effekten av extremt hög VPD för nästan alla landmassor i framtida simuleringar, dock.

Zhou och kollegor tar också hänsyn till den förmildrande faktorn för fenomenet som kallas CO ₂ befruktning, varvid fotosynteshastigheten ökar i växter på grund av ökad atmosfärisk koldioxid. Trots denna förskjutning, Det globala kolupptaget förutspås fortfarande minska. Utredarna noterar några osäkerheter i sina metoder och modeller – t.ex. det faktum att deras modeller inte tar hänsyn till växternas anpassningsförmåga till klimatförändringar. De efterlyser också framtida arbete för att separera effekterna av VPD och SM när de gäller ekosystemmodeller, eftersom VPD förväntas öka avsevärt över hela världen, medan SM-projektioner verkar gälla mindre universellt.

Sammanfattningsvis, gruppen säger, "våra resultat belyser vikten av sammansatta torka- och torrhetshändelser och deras inverkan på kontinentalt kolupptag, och behovet av att beakta dessa faktorer vid utvärdering av framtida risker för klimatförändringar. Med tanke på de beräknade ökningarna av intensiteten och frekvensen av sammansatta torka och torra händelser under 2000 -talet, strategier bör utvecklas och implementeras för att hantera risker och förbättra anpassningsförmågan."

© 2019 Science X Network