Miljöforskare vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Brookhaven National Laboratory har lett ett internationellt samarbete för att förbättra satellitobservationer av tropiska skogar.

Ansvarig för nästan en tredjedel av världens markbundna fotosyntes, tropiska skogar är en kritisk biom för att undersöka klimatförändringar och dess potentiella effekter över hela jorden.

"Om vi ​​kan förbättra vår förståelse för hur mycket koldioxid (CO2) som absorberas av tropiska regioner, vi kan förbättra framtida klimatprognoser, sa Jin Wu, en forskare vid Brookhavens Environmental &Climate Sciences Department.

Satellitbilder är ett av de vanligaste verktygen forskare använder för att observera tropiska skogar, men metodens effektivitet har varit föremål för debatt. Vissa forskare har hävdat att säsongsmässiga förändringar i "grönheten" i tropiska skogar, som satelliter nyligen har visat, kan vara vilseledande. Nu, samarbetet som leds av Brookhaven har använt fältobservationer och beräkningsmodeller för att hjälpa till att reda ut kontroversen. Deras resultat, publicerad den 9 februari in Ny fytolog , också belysa biologiska processer som har förändrat forskarnas förståelse av säsongsvariationer i tropiska skogar.

Med fokus på kapellet

Satelliter tar brett, svepande bilder av jordens yta för att avbilda den globala tropiska biomen. Fångas rutinmässigt, dessa satellitbilder gör det möjligt för forskare att observera förändringar i trädtopparna under hela året. Förändringar i baldakinernas grönska kan indikera hur mycket ljus – och därför, hur mycket CO2—träden absorberar. Än, eftersom dessa satelliter tar bilder så långt ovanför trädtopparna och samlar in data över stora områden av skog, upplösningen är för låg för att identifiera varför dessa förändringar sker.

"En pixel i en satellitbild täcker nästan en kvadratkilometer skog. Det är enormt, "sa Wu, som ledde studien. "Så, inom detta enorma fotavtryck, vi kan inte säga vilken typ av biologiska processer som sker. Det är därför vi integrerade fältbaserad data med beräkningsmodellerna, som spårar växelverkan mellan ljus och löv i ett skogstak, för att främja vår förståelse av vad som händer i dessa satellitbilder."

Med hjälp av professionella trädklättrare, forskarna samlade in fältdata om tre faktorer som påverkar baldakinens grönska:mängden löv närvarande, lövens ålder, och om träden var lövfällande (tappar sina löv årligen) eller vintergröna (behåller löv i mer än ett år). Övergripande, de fann att deras fältobservationer stämmer överens med satellitbilderna, bekräftar satelliternas noggrannhet. Dessutom, de kvantifierade inflytandet av var och en av dessa tre faktorer på trädkronans grönhet.

"I tidigare studier, forskare har alltid antagit att löv visas homogent i skogslandskapet, men vi upptäckte att detta inte är sant, " sa Wu. "Även i en tropisk regnskog, vi finner att lövträd och vintergröna träd kan samexistera. Detsamma gäller för säsongsmässigt torra skogar. Dessutom, tidpunkten för lövfällning varierar mellan olika lövträd, skapar en stor heterogenitet i bladvisning över rum och tid."

Tillväxten av enskilda löv är också unik för varje träd.

"Löv beter sig faktiskt på samma sätt som människor, " sa Wu. "När vi blir äldre, vår ämnesomsättning kommer att förändras, och detsamma gäller för löv. När de är barnblad, deras fotosynteshastighet är riktigt låg, och det betyder att de bara kan ta in mycket små mängder CO2 från vår atmosfär. När de blir mogna, de kan ta mycket CO2 från atmosfären. Och när de blir gamla, de tar in mindre CO2 igen. Det är ett konvext svar."

Det betyder att säsongsvariationen i tropiska skogar är mycket mer komplex än vad forskare tidigare trodde. I framtida studier, forskare kommer att behöva överväga rollen av bladheterogenitet i satellitobservationer för att noggrant analysera klimatets påverkan på tropiska skogar.

Att fortsätta studera hur den mångfaldiga ekologin i tropiska skogar relaterar till klimatförändringar, Wu och hans kollegor på Brookhaven installerade ett nätverk av kameror på flera platser i tropikerna. Varje dag, dessa kameror tar automatiskt bilder av baldakinen på olika höjder, gör det möjligt för Brookhaven-teamet att utföra observationer med högre upplösning av tropiska skogar. Kamerorna kommer att fungera i mer än två år och fångar två årliga cykler av miljöförändringar.

"Data från dessa kameror gör det möjligt för oss att direkt se när nya löv växer eller gamla löv faller av varje träd under årscykeln, " sa Wu. "Nu, Vi har information på bladnivå från våra fältmätningar plus kamerabaserade data för att fortsätta att förbättra vår tolkning av satellitobservationer och klimatmodeller för att bättre kunna projicera det framtida klimatet."