Kredit:CC0 Public Domain
Vegetation spelar en viktig roll för att forma det lokala klimatet - tänk bara på den svala skuggan från en skog eller den malande värmen i den öppna öknen.
Men vad händer när omfattande förändringar, orsakad av eller som svar på global uppvärmning, ske över större ytor? Globala klimatmodeller tillåter forskare att spela ut den här typen av tankeexperiment. Svaren som blir resultatet kan fungera som en varning eller en vägledning för att hjälpa beslutsfattare att fatta framtida markanvändningsbeslut.
Med detta som bakgrund, ett team av forskare från norska universitetet för vetenskap och teknik och Justus-Liebig universitet Giessen i Tyskland bestämde sig för att använda en regional klimatmodell för att se vad som skulle hända om markanvändningen i Europa skulle förändras radikalt. De tittade på vad som skulle hända med lufttemperaturen, nederbörd, och extrema temperaturer om Europa var helt avskogat till antingen bar mark eller bara markvegetation. De övervägde också vad som skulle kunna hända om Europas odlingsmark omvandlades till antingen vintergröna eller lövskogar.
Forskarna visste att klimatförändringarnas effekter tenderar att underskattas på regional nivå, "eftersom de förväntade globala medeltemperaturförändringarna dämpas av medelvärde över haven, och är mycket mindre än de förväntade regionala effekterna över de flesta landområden, "laget skrev i sin tidning, nyligen publicerad i Miljöforskningsbrev . "Detta gäller både elaka och extrema effekter, eftersom förändringar i regionala extremer kan vara större än de i global medeltemperatur upp till en faktor tre."
"Vi ville göra en kvantitativ analys av hur mycket markförändringar som kan påverka det lokala klimatet. Viktiga övergångar inom markanvändningssektorn är tänkta inom en snar framtid, och vi kände oss viktiga att jämföra temperaturresponsen på extrema marktäckeförändringar, sa Francesco Cherubini, professor i NTNU:s industriella ekologiprogram, och första författare till studien. "Beslut om markanvändning fattas ofta på subnationell nivå av regionala myndigheter, och regionala prognoser av temperatur- och nederbördseffekter av marktäckeförändringar kan bidra till att maximera möjliga synergier av klimatbegränsnings- och anpassningspolitik, från lokal till global skala."
Framtida extrema markanvändningsförändringar är inte så osannolika som man kan tro. När den globala befolkningen fortsätter att växa, mer mark kommer att pressas för att producera mat.
Alternativt efterfrågan på grödor för biobränslen kan också driva vilken typ av vegetation som odlas och var.
En framtidsvision om hur världen kan se ut, kallas Shared Socio-Economic Pathways, uppskattar att globala skogsområden kan förändras från cirka - 500 miljoner hektar upp till + 1000 miljoner hektar år 2100, med mellan 200 och 1500 miljoner hektar mark som behövs för att odla bioenergigrödor. Faktiskt, den högre delen av detta intervall skulle kunna realiseras under de mest ambitiösa klimatförändringsmålen.
Förändringar i markanvändningen kan ha en komplicerad effekt på lokala och regionala temperaturer. När marktäcket ändras, det ändrar hur mycket vatten som kvarhålls av jorden eller går förlorat på grund av avdunstning. Det kan också påverka hur mycket solljus marken reflekterar, som forskare kallar albedo.
Forskarna visste att andra studier hade visat motsägelsefulla effekter, särskilt från avskogning. Vissa visade att avskogning minskade lufttemperaturen nära markytan, och ökade dagliga temperaturextremer och antalet varma dagar på sommaren. Andra studier fann ökningar av förekomsten av varma torra somrar.
Men när forskarna körde sin modell för att se vad som skulle hända om mark avskogades, de hittade en lätt årlig nedkylning över hela regionen, men stora skillnader lokalt.
Deras modell visade att när skogarna ersattes av barmark, temperaturerna svalnade med bara -0,06 ? regionalt. Nedkylningen var något större (-0,13? regionalt) om forskarna antog att skogarna ersattes av örtartad vegetation. På vissa platser, kylning kan överstiga medelvärden på -1 C.
Själva, dessa regionala förändringar kanske inte verkar så mycket. Men när forskarna tittade närmare på hur dessa förändringar fördelades över regionen, de fann att det var en kylning i den norra och östra delen av regionen, och en värmande effekt i västra och centrala Europa. De fann också att avskogning ledde till ökade sommartemperaturextremer.
"Regional nedkylning från avskogning kan se kontraintuitiv ut, men det är resultatet av samspelet mellan många olika fysiska processer. Till exempel, träd tenderar att maskera markytan och öka mängden solenergi som inte reflekteras tillbaka till rymden utan den hålls i biosfären för att värma upp klimatet, sa Bo Huang, en postdoc på Industrial Ecology Programme som var en av tidningens medförfattare. "Detta gäller särskilt områden som påverkas av säsongens snötäcke, eftersom öppna landområden täckta av snö är mycket mer reflekterande än snötäckta skogsmark."
Forskarna fann en årlig genomsnittlig kylning över hela Europa, men med en tydlig latitudinell trend och säsongsvariation. Trots de genomsnittliga kyleffekterna, de fann att avskogning tenderar att öka lokala temperaturer på sommaren, och öka frekvensen av extrema heta händelser.
När forskarna körde sin modell för att se vad som skulle hända om åkermarken ersattes av antingen vintergröna eller lövskogar, de fann en allmän uppvärmning i stora delar av Europa, med en genomsnittlig regional uppvärmning på 0,15? när övergången var till vintergröna skogar och 0,13 ? om övergången var till lövskogar.
Ungefär som i tankeexperimentet om avskogning, forskarna fann att förändringarna var starkare i lokal skala, så mycket som 0,9 °C på vissa ställen. Och omfattningen och betydelsen av uppvärmningen ökade gradvis på höga breddgrader och i den östra delen av regionen. Områden i Västeuropa visade faktiskt en svag kylning.
Cherubini säger att det är viktigt att förstå hur regionala vegetationsförändringar utspelar sig på mer lokal nivå eftersom beslutsfattare överväger markförvaltningspolitik för att mildra eller anpassa sig till klimatförändringarna.
"Det är viktigt att öka vår kunskap om interaktioner mellan land och klimat, eftersom många av våra möjligheter att uppnå lågtemperaturstabiliseringsmål är starkt beroende av hur vi förvaltar våra markresurser, "Cherubini sa." Vi behöver mer forskning för att ytterligare validera och förbättra upplösningen av regionala klimatförändringar, eftersom de är avgörande för att utforma och implementera de bästa markförvaltningsstrategierna i ljuset av begränsning eller anpassning av klimatförändringar."