Lokala beslutsfattare som letar efter sätt att minska effekten av värmeböljor på sina samhällen har en värdefull ny förmåga till sitt förfogande:en ny studie om vegetationsförmåga.
Forskare vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory avslutade en studie av hur väl vegetation överlevde extrema värmehändelser i både urbana och landsbygdssamhällen över hela landet under de senaste åren. Analysen informerar vägar för klimatbegränsning, inklusive sätt att minska effekten av urbana värmeöar.
Vegetation som träd ger en värdefull kyleffekt, skuggar ytor och avleder solstrålning samtidigt som den släpper ut fukt till atmosfären genom evapotranspiration – den process där växter absorberar vatten genom sina rötter och släpper ut det som vattenånga genom sina löv.
Studien, publicerad i tidskriften PNAS Nexus , är den första rikstäckande redovisningen av vegetationens motståndskraft som tar hänsyn till påverkan från mänskligt byggd infrastruktur. Med hjälp av maskininlärningsmetoder undersökte ORNL-forskare cirka två decenniers satellit- och annan data som täcker 85 stora städer och omgivande landsbygdsområden.
Teamet fann att ogenomträngliga ytor som vägar och annan infrastruktur, fuktförhållanden och typ av marktäcke påverkar vegetationens motståndskraft. De utvärderade också hur växtlighet påverkas av värmeböljornas intensitet, varaktighet och tidpunkt.
Data ger avgörande insikter om hur ekosystem kan skyddas mot klimatförändringar, inklusive vägar för att motverka påverkan från urbana värmeöar och för att förbättra förvaltningen av naturresursområden, säger Jiafu Mao, ORNL Earth System-modelleringsforskare och projektets ledare.
"De empiriska bevisen vi tillhandahåller från denna forskning kan hjälpa stadsplanerare att bättre förstå vilka växter som är mer sårbara för värmeböljor och stressfaktorer som vattentillgång i den lokala miljön, vägledande beslut om val av växter och placering och förbättringar av stadsdesign," sa Mao.
"Studien tyder på att bevarande och förbättring av växtlighet kan avsevärt bidra till urban hållbarhet, förbättringar av luftkvaliteten och invånarnas välbefinnande."
Arbetet utökar ORNL:s forskning om klimatpåverkan i städer och landsbygdens ekosystem. I en tidigare studie fann Mao och kollegor att även om alla regioner i landet kan förvänta sig en tidigare start på växtsäsongen när temperaturerna stiger, kommer trenden sannolikt att bli mer varierande år från år i varmare regioner. Forskningen fann en trend med accelererad vårknoppning och blomning av växter på landsbygden när temperaturerna stiger, till exempel, men föreslog att trenden kommer att sakta ner när uppvärmningen fortsätter.
Den nya resiliensstudien för vegetation som beskrivs i PNAS Nexus avslöjade en generell trend av ökad tidig grönning som svar på varmare temperaturer under traditionellt kallare månader. Men när temperaturerna steg i höjden och värmen höll i sig, minskade ofta växtlighetens grönska avsevärt, säger Yaoping Wang, en ORNL-postdoktor och första författare till artikeln.
Studien identifierade en temperatur på 2 grader Celsius eller högre över det historiska sommargenomsnittet, som kvarstår i fyra månader eller mer som tröskeln för de mest betydande effekterna på grönare.
Fynden varierade med lokala ekosystemegenskaper. Till exempel befanns urban vegetation mer motståndskraftig i västra USA än i öst under analysperioden, främst på grund av högre urbana tillväxttemperaturer och bättre bevattningsmetoder i väst, noterade forskarna.
"Vår analys är den första storskaliga kvantifieringen av skillnader i växtlighet i städer och på landsbygden och dess motståndskraft mot extrema händelser i det sammanhängande USA, som fångar dessa mycket breda mönster om miljöförändringar," sa Wang. Framtida undersökningar som fångar in mer högkvalitativ data skulle gynna både stadsplanerare och ekosystemmodellerare, tillade hon.
Projektet ger värdefull data om de komplexa interaktionerna mellan biologiska och miljöfaktorer på flera skalor över tid, ner till en 1-kilometers upplösning, sa Mao. Informationen har också använts för att finjustera markytans komponent som ORNL förvaltar för DOE Energy Exascale Earth System Model, som simulerar hur världen kan förändras i framtida klimatscenarier.
Analysen använde Daymet4-databasen med dagligt väder på landytan och klimatologiska sammanfattningar, en del av ORNL Distributed Active Archive Center som underhålls för NASA:s Earth Science Data and Information System-projekt. Forskare utnyttjade också MODIS Enhanced Vegetation Index från NASA och National Land Cover Database, som underhålls av U.S. Geological Survey.
Forskarna använde algoritmen för slumpmässig skogsmaskininlärning och andra metoder i sin analys, såväl som de högpresterande beräkningsresurserna från Oak Ridge Leadership Computing Facility, en DOE Office of Science-användaranläggning.
Mer information: Yaoping Wang et al, Termiska, vatten- och marktäckningsfaktorer ledde till kontrasterande stads- och landsbygdsvegetationsförmåga mot extrema varma månader, PNAS Nexus (2024). DOI:10.1093/pnasnexus/pgae147
Journalinformation: PNAS Nexus
Tillhandahålls av Oak Ridge National Laboratory
