University of Virginia terrestrial ekolog Howie Epstein har vunnit en $607, 000 NASA-anslag för att använda jordobserverande satellitdata för att bedöma hur vegetationsmångfalden förändras i den arktiska tundran.

Epstein, professor i miljövetenskap, har under en stor del av sin karriär bedrivit forskning, både på marken och via satellit, på tundraregioner - kalla, extrema nordliga breddgrader där vindpinade slätter är trädlösa, men en mängd låglänta, klusterväxter har anpassat sig till miljön. Han har särskilt fokuserat de senaste åren i Sibirien. Med hjälp av gamla spionsatellitdata från 1960-talet, och jämför det med nyare bilder, han och hans doktorander och kollegor har bestämt att höga buskar, såsom al, vide, björk och dvärg tall, har utökat sitt utbud och blivit längre, indikerar att tundran genomgår förändring, sannolikt till följd av ökande temperaturer och förlust av permafrost.

Epstein diskuterade nyligen sin forskning för UVA Today-läsare.

F. Varför ska vi bry oss om vad som händer med den arktiska tundran?

S. Förändringar i den arktiska regionen orsakar förändringar i det globala klimatet, som påverkar alla regioner på planeten. Minskning av havsis i Ishavet och förlust av permafrost på land, som båda sker i ökande takt, ändra vädermönster någon annanstans, inklusive i USA Likaså, förändringar i andra regioner, och det globala klimatet, påverkar den arktiska regionen, orsakar ytterligare uppvärmning.

F. Vilka förändringar sker i den arktiska tundran?

S. Det sker en allmän grönare landskap när temperaturen ökar och permafrosten minskar i regionen. Detta resulterar i en förändring av vegetationstyperna över tundran. Det påverkar också vilda djurs migrationsmönster, inklusive caribou och myskoxe, liksom fågeltyperna, gnagare och insekter som ockuperar tundralandskapet. Allt detta påverkar livet för ursprungsbefolkningar och främmande människor som bor i dessa områden.

En av de största problemen är att när permafrosten tinar under allt längre somrar, en enorm mängd koldioxid som för närvarande lagras i dött organiskt material i marken kan släppas ut i atmosfären, vilket ytterligare skulle bidra till uppvärmningen av planeten och påverka regioner långt från polcirkeln. Det är en stor vetenskaplig fråga – vad kommer att hända med permafrosten över tiden, och hur mycket kol skulle komma in i atmosfären; vad blir de långsiktiga effekterna av det?

F. Vad är målet med din nyfinansierade forskning för NASA?

S. Vårt mål är att använda satellitdata för att analysera hela den arktiska tundran och utveckla klassificeringar av vegetationstyper och hur de fungerar i ekosystemet i stort, jämfört med vad vi har gjort hittills, som i första hand försöker avgöra vilka växtarter som finns där.

Poängen med detta är att bättre förstå vad växtligheten gör, hur de olika typerna fungerar – vilket påverkar balansen mellan växt- och djurarter – och att skapa nya kartor som visar växtlighetens funktion. När klimatet i ett ekosystem förändras, funktionen hos dess vegetation och artfördelning kommer att förändras som svar. Vi vill förstå hur och var det händer.

Satellitbilderna vi planerar att använda ger upplösning till 250 meter [eller 0,16 miles], som gör att vi kan klassificera varje pixel baserat på hur växtligheten fungerar, ger oss en god förståelse för den funktionella mångfalden över stora områden, och hur det varierar, vad som är homogent i funktion och vad som är variabelt.

Vi kommer att kunna lägga över kartor som vi redan har utvecklat över växtsamhällen och, genom att titta på nya kartor över vegetationsfunktion, vi borde kunna avgöra om det finns områden med samma växtlighet, men som gör olika saker, och områden med olika vegetationstyper, men beter sig på samma sätt.

Sammanfattning:det är ett nytt sätt att se på biologisk mångfald; hur växtligheten fungerar, i motsats till hur det är strukturerat efter art. Detta kan berätta mycket om reaktioner på marken på klimatförändringar som inträffar före faktiska förändringar i sammansättningen av vegetationsarter.

F. Hur är det viktigt?

A. Genom att identifiera funktionellt rika områden, vad vi kallar "hot spots, " vi kan rikta bevarandeinsatser mot dessa områden. Data kommer också att visa hur olika funktionella typer betas olika av migrerande rensdjur. Detta kan hjälpa till med bevarandet av dessa funktionellt rika områden när olje- och gasutvinning och utvinning ökar i tundraregionerna.

Havsisen smälter, som öppnar upp Nordvästpassagen och andra rutter för sjöfart, och när tundran också värmer, Arktis blir mer tillgängligt för utveckling och mänsklig befolkningstillväxt, som kommer att påverka de människor som redan bor där, särskilt ursprungsbefolkningar. Förhoppningsvis kan de mest funktionellt viktiga områdena i tundran avsättas för bevarande. Det är en vacker region på vår planet som stöder en rad vackra däggdjur, fåglar och insekter.