2019年1月23日,美国哥伦比亚大学地球与环境工程系Julia K.
Green教授团队在国际顶尖杂志Nature上在线发表了题为“Large influence of
soil moisture on long-term terrestrial carbon
uptake”的研究论文,该研究揭示了土壤湿度对长期的陆地碳吸收的影响。

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尽管陆地生物圈吸收了约25%人为排放的二氧化碳,但土地碳吸收率仍非常不确定,这也导致了气候预测的不确定性。因此,了解限制或促进土地碳储存的因素对于提高气候预测准确性非常重要。土地碳吸收的一个潜在限制因素是土壤水分含量,它可以通过生态系统水压力减少初级生产总量,陆地-大气反馈引起了植被死亡并进一步加剧了极端恶劣气候。以前的研究探讨了土壤水分可用性对碳通量变化的影响。然而,土壤水分变化对长期碳循环趋势的影响以及造成相关碳损失的机制仍然不确定。

南非林波波省 –
一个半干旱地区,土壤水分异常导致碳吸收量减少。这种消极趋势预计将持续到21世纪。

该研究使用了四个来自地球系统模型的数据输出来进行一系列实验,分析地球净生物群落生产力对土壤水分变化的响应,发现整个二十一世纪土壤水分的变化及趋势导致了每年约2-3千兆吨的碳排放量,这相当于一个陆地碳循环。由于光合作用和净生态系统交换对土壤水份有效性的非线性响应,以及由陆地-大气相互作用引起的温度升高和蒸汽压力不足,使得季节性和年际性的土壤水分变化产生二氧化碳。土壤水分变化减少了目前的陆地碳存储,并且预计趋势将进一步增强。该研究结果强调,未来陆地的碳存储容量的关键取决于碳通量对土壤湿度和陆地-大气相互作用的非线性响应。这表明,碳吸收率的增加趋势可能不会持续到本世纪中叶,并可能导致大气二氧化碳增长加速。

图片来源:Julia K Green /哥伦比亚工程

原文:

全球碳排放量在2018年创下历史新高,仅在美国就增长了3.4%。这一趋势使得科学家,政府官员和行业领导者对我们这个星球的未来比以往任何时候都更加焦虑。正如联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯在12月3日举行的第24届联合国气候大会开幕式上所说的那样,“我们在气候变化问题上陷入困境。”

今天在“
自然”杂志上发表的哥伦比亚工程研究证实了应对气候变化的紧迫性。虽然众所周知,极端天气事件会影响碳吸收的逐年变化,一些研究人员认为可能存在长期影响,但这项新研究首次实际量化了21世纪的影响。表明,比干旱或热浪等事件造成的干燥比正常年份更加湿润,超过正常年份不能弥补碳吸收的损失。

CO的人为排放2
-人类活动引起的排放-在增加的CO浓度2在地球大气层和产生对地球气候系统不自然的变化。这些排放对全球变暖的影响只是部分地受到陆地和海洋的影响。目前,海洋和陆地生物圈吸收了约50%的这些释放

  • 解释了珊瑚礁的漂白和海洋的酸化,以及森林中碳储存的增加。

“然而,目前尚不清楚土地能否继续以目前的速度吸收人为排放,”负责该项研究的地球与环境工程副教授兼地球研究所附属教授皮埃尔·根廷说。“如果土地达到最大碳吸收率,全球变暖可能加速,对人类和环境产生重要影响。这意味着我们现在都需要采取行动,以避免气候变化的更大后果。”

与他的博士生朱莉娅绿工作,Gentine想了解水文循环(干旱和洪水,长期干旱趋势)的变化是如何影响大陆的能力来捕获一些二氧化碳的排放量的2。这项研究特别及时,因为气候科学家预测未来极端事件的频率和强度可能会增加,其中一些我们今天已经看到,并且降雨模式也会发生变化,这可能会影响能力地球的植被吸收碳。

为了确定植被和土壤中储存的碳量,Gentine和Green分析了由政府间气候变化专门委员会定义的净生物群落生产力,它是一个地区碳的净增益或损失,等于净生态系统产量减去像森林大火或森林砍伐一样,骚扰造成的碳损失。

研究人员使用来自GLACE-CMIP5(全球陆地大气耦合实验 –
耦合模型比对项目)实验的四个地球系统模型的数据进行了一系列实验,以分离NBP的减少,这些减少严格地归因于土壤水分的变化。他们能够分离长期土壤水分趋势变化的影响以及短期变化(即洪水和干旱等极端事件的影响)对土地吸收碳的能力的影响。

“我们看到NBP的价值,在这种情况下,土地表面的碳净增益实际上几乎是土壤水分的这些变化的两倍,”格林说,该论文的第一作者。“这是一个大问题!如果土壤水分继续以目前的速度降低NBP,并且土地的碳吸收率在本世纪中叶开始减少

  • 正如我们在模型中发现的那样 –
    我们可能看到在大气中CO的浓度大量增加2和全球变暖和气候变化的影响水涨船高“。

Gentine和Green指出,土壤水分变化显着降低了目前的土地碳汇,他们的结果表明,变化和干燥趋势在未来都会减少。通过量化土壤

水变化对陆地碳循环的重要性,以及由于这些土壤水分变化的影响而减少碳吸收,研究结果强调了实施植被对水分胁迫的响应的改进模型的必要性。地球系统模型中的陆地

  • 大气耦合可以限制未来的陆地碳通量并更好地预测未来的气候。

“基本上,如果没有干旱和热浪,如果在下个世纪没有任何长期干燥,那么大陆将能够储存几乎两倍于现在的碳,”Gentine说。
。“由于土壤水分在碳循环中扮演着如此重要的角色,在土地吸收碳的能力方面,与其在模型中的代表性相关的过程成为最重要的研究重点至关重要。”

植物如何应对水分胁迫仍存在很大的不确定性,因此Green和Gentine将继续致力于改善植被对土壤水分变化的响应。他们现在专注于热带地区,这是一个有许多未知数的地区,以及最大的陆地碳汇,以确定如何通过土壤湿度变化和大气干燥来控制植被活动。这些研究结果将为改善热带地区植物水分胁迫的代表性提供指导。

“这项研究非常有价值,因为它突出了水对于生物圈吸收碳的重要性,”Woods
Hole研究中心的副研究员,全球环境变化,碳循环专家Chris
Schwalm说。没有参与研究的敏感性和建模框架。“它还揭示了地球系统建模的不发达方面,例如与植被水分胁迫和土壤湿度有关的过程,这些过程可以在模型开发过程中作为目标,以便在全球环境变化的背景下获得更好的预测能力。”

(来源:哥伦比亚大学工程与应用科学学院)

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