Fler växter och längre växtsäsonger på de nordliga breddgraderna har omvandlat delar av Alaska, Kanada och Sibirien till djupare nyanser av grönt. Vissa studier översätter denna arktiska grönare till ett större globalt kolupptag. Men ny forskning visar att när jordens klimat förändras, ökad kolabsorption av växter i Arktis kompenseras av en motsvarande nedgång i tropikerna.

"Detta är en ny titt på var vi kan förvänta oss att kolupptaget kommer att gå i framtiden, " sa vetenskapsmannen Rolf Reichle vid Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Reichle är en av författarna till en studie, publicerad 17 december in AGU avancerar , som kombinerar satellitobservationer över 35 år från National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAAs) Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) med datormodeller, inklusive vattenbegränsningsdata från NASA:s Modern-Era Retrospective Analys for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2).

Tillsammans, dessa ger en mer exakt uppskattning av global "primär produktivitet" - ett mått på hur väl växter omvandlar koldioxid och solljus till energi och syre via fotosyntes, för tidsspannet mellan 1982 och 2016.

Arktiska vinster och tropiska förluster

Växtproduktiviteten i det iskalla arktiska landskapet begränsas av de långa perioderna av kyla. När temperaturen blir varm, växterna i dessa regioner har kunnat växa tätare och förlänga sin växtsäsong, leder till en generell ökning av fotosyntetisk aktivitet, och därefter större kolabsorption i regionen under 35-årsperioden.

Dock, uppbyggnad av atmosfäriska kolkoncentrationer har haft flera andra porlande effekter. I synnerhet, när kolet har ökat, den globala temperaturen har stigit, och atmosfären i tropikerna (där växtproduktiviteten begränsas av tillgången på vatten) har blivit torrare. Den senaste tidens ökning av torka och träddödlighet i Amazonas regnskog är ett exempel på detta, och produktiviteten och kolabsorptionen över land nära ekvatorn har sjunkit under samma tidsperiod som den arktiska grönningen har inträffat, upphäver alla nettoeffekter på den globala produktiviteten.

Lägga till satelliter till produktivitetsmodeller

Tidigare modelluppskattningar antydde att den ökande produktiviteten hos växter i Arktis delvis skulle kunna kompensera för mänskliga aktiviteter som frigör atmosfäriskt kol, som förbränning av fossila bränslen. Men dessa uppskattningar förlitade sig på modeller som beräknar växternas produktivitet baserat på antagandet att de fotosyntetiserar (omvandlar kol och ljus) med en given effektivitetshastighet.

I verkligheten, många faktorer kan påverka växternas produktivitet. Inklusive satellitposter som de från AVHRR ger forskare konsekventa mätningar av det globala fotosyntetiska växttäcket, och kan hjälpa till att ta hänsyn till varierande händelser som skadedjursutbrott och avskogning som tidigare modeller inte fångar upp. Dessa kan påverka det globala vegetationstäcket och produktiviteten.

"Det har gjorts andra studier som fokuserade på växtproduktivitet på global skala, " sa Nima Madani från NASA:s Jet Propulsion Laboratory, (JPL) Pasadena, Kalifornien, och huvudförfattare till studien, som också inkluderar forskare från University of Montana. "Men vi använde en förbättrad fjärranalysmodell för att få en bättre insikt i förändringar i ekosystems produktivitet." Denna modell använder en förbättrad ljusanvändningseffektivitetsalgoritm, som kombinerar flera satelliters observationer av fotosyntetisk växttäcke och variabler som ytmeteorologi.

"Satellitobservationerna är kritiska, särskilt i regioner där våra fältobservationer är begränsade, och det är skönheten med satelliterna, Madani sa. "Det är därför vi försöker använda satellitfjärranalysdata så mycket som möjligt i vårt arbete."

Det var först nyligen som satellitposterna började visa dessa framväxande trender i skiftande produktivitet. Enligt Reichle, "Modelleringen och observationerna tillsammans, vad vi kallar dataassimilering, är vad som verkligen behövs." Satellitobservationerna tränar modellerna, while the models can help depict Earth system connections such as the opposing productivity trends observed in the Arctic and tropics.

Brown Is the New Green

The satellite data also revealed that water limitations and decline in productivity are not confined to the tropics. Recent observations show that the Arctic's greening trend is weakening, with some regions already experiencing browning.

"I don't expect that we have to wait another 35 years to see water limitations becoming a factor in the Arctic as well, " said Reichle. We can expect that the increasing air temperatures will reduce the carbon uptake capacity in the Arctic and boreal biomes in the future. Madani says Arctic boreal zones in the high latitudes that once contained ecosystems constrained by temperature are now evolving into zones limited by water availability like the tropics.

These ongoing shifts in productivity patterns across the globe could affect numerous plants and animals, altering entire ecosystems. That can impact food sources and habitats for various species, including endangered wildlife, and human populations.

The data produced from this study are publicly accessible at:doi.org/10.3334/ORNLDAAC/1789