Пейзаж на месте пожара Мерфи-Доум, недалеко от Фэрбанкса, Аляска, во время эксперимента по изучению уязвимости арктических бореальных лесов (ABoVE) в августе 2022 года. Автор: NASA/Кэти Джепсон
Потепление глобального климата меняет структуру растительности лесов на Крайнем Севере. По словам исследователей NASA, эта тенденция сохранится по крайней мере до конца этого столетия. Изменение структуры леса может поглотить больше парниковых газов, углекислого газа (CO2) из атмосферы или усилить таяние вечной мерзлоты, что приведет к высвобождению древнего углерода. Миллионы точек данных с миссий Ice, Cloud, and land Elevation Satellite 2 (ICESat-2) и Landsat помогли в этом последнем исследовании, которое будет использовано для уточнения компьютерных моделей прогнозирования климата.
Ландшафты тундры становятся выше и зеленее. С потеплением климата растительность лесов на крайнем севере меняется, появляется больше деревьев и кустарников. Эти изменения в структуре растительности бореальных лесов и тундры будут продолжаться по крайней мере в течение следующих 80 лет, согласно недавно опубликованному исследованию ученых НАСА.
Бореальные леса обычно растут между 50 и 60 градусами северной широты, покрывая большую часть Аляски, Канады, Скандинавии и России. Биом является домом для вечнозеленых растений, таких как сосна, ель и пихта. Дальше на север вечная мерзлота и короткий вегетационный период биома тундры исторически затрудняли поддержку больших деревьев или густых лесов. Растительность в этих регионах вместо этого состояла из кустарников, мхов и трав.
Граница между двумя биомами трудноразличима. Предыдущие исследования показали, что рост растений в высоких широтах увеличивается и перемещается на север в районы, которые ранее были скудно покрыты кустарниками и травами тундры. Теперь новое исследование под руководством НАСА обнаруживает возросшее присутствие деревьев и кустарников в этих регионах тундры и прилегающих переходных лесах, где встречаются бореальные регионы и тундра. По прогнозам, это будет продолжаться по крайней мере до конца столетия.
«Результаты этого исследования продвигают растущий объем работы, которая признает сдвиг в моделях растительности в биоме бореального леса», — сказал Пол Монтесано, ведущий автор статьи и научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. «Мы использовали спутниковые данные для отслеживания увеличения роста растительности в этом биоме с 1984 года, и мы обнаружили, что это похоже на то, что предсказывают компьютерные модели на ближайшие десятилетия. Это рисует картину продолжающихся изменений в течение следующих 80 или около того лет, которые особенно сильны в переходных лесах».
Данные исследования, представленные на карте Аляски и Северной Канады, подчеркивают изменение покрова деревьев, распространяющегося на переходные ландшафты. В бореальной Северной Америке наибольшее увеличение покрова деревьев (темно-зеленый) произошло в переходных тундровых ландшафтах. Эти ландшафты находятся вдоль холодной северной границы исследуемой области и исторически поддерживали в основном кустарники, мхи и травы. Кредит: NASA Earth Observatory/Wanmei Liang
Ученые обнаружили прогнозы «положительных изменений средней высоты» во всех тундровых ландшафтах и переходных — между бореальными и тундровыми — лесах, представленных в этом исследовании. Это говорит о том, что деревья и кустарники будут и крупнее, и более многочисленными в областях, где они в настоящее время редки.
«Увеличение растительности, которое соответствует сдвигу, может потенциально компенсировать часть воздействия растущих выбросов CO2 за счет поглощения большего количества CO2 посредством фотосинтеза», — сказал соавтор исследования Крис Ней, научный сотрудник проекта NASA Landsat 8 и 9 в Годдарде. Углерод, поглощенный в ходе этого процесса, затем будет храниться в деревьях, кустарниках и почве.
Изменение структуры леса также может привести к таянию вечной мерзлоты, поскольку больше солнечного света поглощается более темной растительностью. Это может привести к высвобождению CO2 и метана, которые хранились в почве тысячи лет.
В своей статье, опубликованной в Nature Communications Earth & EnvironmentВ мае ученые НАСА описали смесь спутниковых данных, машинного обучения, климатических переменных и климатических моделей, которые они использовали для моделирования и прогнозирования того, как будет выглядеть структура леса в ближайшие годы. В частности, они проанализировали почти 20 миллионов точек данных с ICESat-2 НАСА. Затем они сопоставили эти точки данных с десятками тысяч сцен североамериканских бореальных лесов с 1984 по 2020 год с Landsat, совместной миссии НАСА и Геологической службы США. Для создания моделей с такими большими объемами данных, которые называются проектами «больших данных», требуются передовые вычислительные возможности.
Миссия ICESat-2 использует лазерный инструмент, называемый лидаром, для измерения высоты объектов поверхности Земли (таких как ледяные щиты или деревья) с точки зрения космоса. В исследовании авторы изучили эти измерения высоты растительности на Крайнем Севере, чтобы понять, как выглядит нынешняя структура бореальных лесов. Затем ученые смоделировали несколько будущих климатических сценариев — подстраиваясь под различные сценарии температуры и осадков — чтобы показать, как может выглядеть структура леса в ответ.
«Наш климат меняется, и по мере его изменения он влияет почти на все в природе», — сказала Мелани Фрост, специалист по дистанционному зондированию в NASA Goddard. «Ученым важно понимать, как все меняется, и использовать эти знания для информирования наших климатических моделей».
Дополнительная информация: Пол М. Монтесано и др., Сдвиг в переходных лесах североамериканской бореальной зоны сохранится до 2100 года, Communications Earth & Environment (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01454-z
Информация о журнале: Nature Communications Earth & Environment , Communications Earth & Environment
Предоставлено NASA
