Forskare använder satellit- och flygplansobservationer för att övervaka regionala kolflöden på land i nästan realtid, som illustreras i denna konstnärs koncept. Satellitobservationer av solinducerad klorofyllfluorescens (SIF) användes för att spåra fotosyntes och uppskatta motsvarande förändringar i markytans kolflöden. Under tiden, atmosfäriska CO2-koncentrationer, som påverkas av markytans kolflöden, kan observeras med flygplan och från rymden. I den här illustrationen, de två satelliterna som avbildas från vänster till höger är:TROPOMI (TROPOSpheric Monitoring Instrument) och OCO-2 (Orbiting Carbon Observatory-2). Flygplanet är ACT-America (Atmospheric Carbon and Transport - America). Kredit:NASA/JPL-Caltech
Allvarliga översvämningar i hela Mellanvästern – som utlöste en försenad odlingssäsong för grödor i regionen – ledde till en minskning med 100 miljoner ton nettokolupptag under juni och juli 2019, enligt en ny studie.
Som referens, de massiva skogsbränderna i Kalifornien 2018 släppte uppskattningsvis 12,4 miljoner ton kol i atmosfären. Och även om en del av detta underskott på grund av översvämningar kompenserades för senare under växtsäsongen, de kombinerade effekterna kommer sannolikt att ha resulterat i en minskning av grödans produktivitet med 15 procent jämfört med 2018, säger studieförfattarna.
Studien, publicerad 31 mars, 2020, i journalen AGU avancerar , beskriver hur kolupptagningen mättes med hjälp av satellitdata. Forskare använde en ny markör för fotosyntes som kallas solinducerad fluorescens för att kvantifiera det minskade kolupptaget på grund av fördröjningen i grödornas tillväxt. Oberoende observationer av atmosfärisk CO 2 nivåer användes sedan för att bekräfta minskningen av kolupptaget.
"Vi kunde visa att det är möjligt att övervaka effekterna av översvämningar på grödans tillväxt på daglig basis i nästan realtid från rymden, som är avgörande för framtida ekologiska prognoser och begränsningar, " säger Yi Yin, forskare vid Caltech och huvudförfattare till studien.
Rekordregn nederbörd i Mellanvästern under våren och försommaren 2019. Under tre månader i rad (april, Maj, och juni), National Oceanic and Atmospheric Administration rapporterade att 12-månaders nederbördsmätningar hade nått all-time highs. De resulterande översvämningarna skadade inte bara hem och infrastruktur utan påverkade också jordbrukets produktivitet, fördröja plantering av grödor i stora delar av majsbältet, som sträcker sig från Kansas och Nebraska i väster till Ohio i öster.
Kredit:California Institute of Technology
För att bedöma miljöpåverkan av den försenade växtsäsongen, forskare vid Caltech och JPL, som Caltech hanterar för NASA, övergick till satellitdata. När växter omvandlar koldioxid (CO 2 ) och solljus till syre och energi genom fotosyntes, en liten del av solljuset de absorberar sänds tillbaka i form av ett mycket svagt sken. Glöden, känd som solinducerad fluorescens, eller SIF, är alldeles för mörk för att vi ska kunna se med bara ögon, men det kan mätas genom en process som kallas satellitspektrofotometri.
Caltech-JPL-teamet kvantifierade SIF med hjälp av mätningar från ett satellitburet instrument från European Space Agency (ESA) för att spåra tillväxten av grödor med oöverträffade detaljer. De fann att säsongscykeln för 2019 års växttillväxt försenades med cirka två veckor och den maximala säsongsbetonade fotosyntesen minskade med cirka 15 procent. Den hämmade växtsäsongen beräknades ha lett till en minskning av växternas kolupptag med cirka 100 miljoner ton från juni till juli 2019.
"SIF är den överlägset mest exakta signalen för fotosyntes som kan observeras från rymden, säger Christian Frankenberg, professor i miljövetenskap och teknik vid Caltech. "Och eftersom växter absorberar koldioxid under fotosyntesen, vi ville se om SIF kunde spåra minskningen av gröda kolupptag under 2019 års översvämningar. "
Att få reda på, teamet analyserade atmosfärisk CO 2 mätningar från NASA:s Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) satellit samt från flygplan från NASA:s Atmospheric Carbon and Transport America (ACT-America) projekt. "Vi fann att de SIF-baserade uppskattningarna av minskat upptag överensstämmer med förhöjd atmosfärisk CO 2 när de två storheterna är sammankopplade med atmosfäriska transportmodeller, säger Brendan Bryne, medförfattare till studien och en NASA postdoc-stipendiat vid JPL.
"Denna studie belyser vår förmåga att övervaka ekosystemet och dess inverkan på atmosfärisk CO 2 i nästan realtid från rymden. Dessa nya verktyg möjliggör global avkänning av biosfäriskt upptag av koldioxid, säger Paul Wennberg, R. Stanton Avery professor i atmosfärisk kemi och miljövetenskap och teknik, chef för Ronald och Maxine Linde Center for Global Environmental Science, och grundare av projektet Orbiting Carbon Observatory.
Uppsatsen har titeln "Cropland carbon uptake försenad och reducerad av 2019 mellanvästern översvämningar."
