Saharan autiomaa (SD)
vuosien 1950-2015 aikana havaitun ILMASTOINDEKSIN mukaan SDOBS-Clim kattaa noin 9,5 × 106 km2 koko Pohjois-Afrikan (Kuva. 1a ja taulukko 1), Tucker et al.6. SDOBS-Clim laajeni yleisesti vuosien 1950-2015 aikana, noin 11 000 km2/vuosi ja kasvaa 8% vuosien 1950-2015 aikana, mikä on yleensä yhdenmukaista aiempien tutkimusten2 kanssa. SDOBS-Climin eteläraja etenee etelään noin 100 km vuodesta 1950 vuoteen 2015 (kuva. 1b). Tämä yleistyminen ei kuitenkaan ole ajallisesti vakio. Sahelin alueet kokivat dramaattisen muutoksen 1950-luvun kosteista oloista 1980-luvun paljon kuivempiin oloihin, jotka elpyivät osittain 1980-luvun jälkeen. 1980-luvulla on havaittu ilmastomuutos15,28. Toisin kuin aiemmissa SD-tutkimuksissa, joissa koko tutkimusjaksolle, vuodelle 1984, tunnistetaan tässä tutkimuksessa vain yksi trendi Eq: n mukaisina käännekohtina. (9) SD-laajennuksen kutistumisjaksojen osoittamiseksi. Ilmastomuutoksen mukaisesti SD on laajentunut 35 000 km2/vuosi (p < 0,01, Mann-Kendallin testi) vuosina 1950-1984 ja kutistunut 12 000 km2/vuosi (p < 0,01) vuosina 1984-2015 (Kuva. 1). Suurin laajeneminen etelään tapahtuu vuosina 1950-1984, jolloin eteläinen SD-raja laajenee 170 km ja yhteensä 1 200 000 km2 (noin kaksi kertaa Ranskan pinta-ala).
Saharan autiomaan (SD) laajuus ja rajamuutos perustuen ilmasto-ja kasvillisuusindekseihin. a) Pohjois-Afrikan ilmastovyöhykkeet olivat keskimäärin vuosina 1950-2015. SD etelärajan muutokset ilmastoindeksin perusteella B) havainnoinnista ja c) CFS/SSiB4-simulaatiosta vuosina 1950-2015 ja D) CFS/SSiB4-simulaatiosta vuosina 2015-2050. Havaitut ja simuloidut (e) aikasarjat ja (f) ilmasto-ja kasvillisuusindeksien määrittelemät SD-laajuuden trendit. Kohdassa (f) olevat virherivit osoittavat yhden keskihajonnan, joka johtuu LAI-pohjaisesta ei–kasvillisuuskriteeristä välillä 0,08-0,12 m2/m2. * in (f) osoittaa arvon, jolla on merkittävä taso P < 0.01 (Mann-Kendall-testi). Kuva sisältäen kartat (A–d) ovat NCL: n luomia (versio 6.6.2, https://www.ncl.ucar.edu).
simuloidut ilmasto-indeksit toistavat asianmukaisesti SD-laajuuden ja sen muutokset vuosina 1950-2015 (Taulukko 1). SDBC/SSiB2-Clim ja SDCFS/SSiB4-Clim aikasarjat korreloivat hyvin SDOBS-Clim (Kuva. 1e), jolloin ajalliset korrelaatiot ovat suurempia kuin 0.71 (p < 0, 01, viiden vuoden juoksuajan keskiarvo). CFS-mallit tuottavat noin 7600 km2/vuosi (CFS/SSiB2, p = 0,02) ja 8000 km2/vuosi (CFS/SSiB4, p < 0,01) laajenemista vuodesta 1950 vuoteen 2015, johon liittyy etelärajojen laajeneminen 70 km (CFS/SSiB4, Kuva. 1c). Samaan aikaan mallit toistavat asianmukaisesti SD-kutistumisnopeutta vuosina 1984-2015. Kuitenkin sekä CFS/SSiB2 että CFS/SSiB4 aliarvioivat laajentumisnopeutta ennen vuotta 1984 noin 30%. Sahelin viljelysmaat ja laidunmaat ovat laajentuneet 30% 1980-luvulla verrattuna 1950-luvulle12 ylilaiduntamisen, metsäkadon ja huonon maanhoito8,10. Monimallikokeilu on osoittanut maankäytön ja maanpeitteen muutoksen (LULCC) vaikutuksen 1980-luvun kuivuuteen, jonka pitäisi aiheuttaa maan hajoamista12. Tämä ihmisen aiheuttama vaikutus puuttuu tästä CFS-simulaatiosta, mikä saattaa johtaa SD-laajenemisnopeuden aliarviointiin vuosina 1950-1984. Lisäksi CFS/SSiB2-simulaatiossa jatkuvasti vähemmän muutoksia verrattuna CFS/SSiB4-simulaatioon SD: ssä ja arctg: n jälkeen osoittaa kaksisuuntaisen kasvillisuus-ilmasto-palautteen merkityksen maanmuodon muutoksessa. CFS-mallit toistavat jopa 70% vuosien 1950-1984 havaitusta laajenemistrendistä ottamatta huomioon lulcc: tä malleissa. Samaan aikaan SD kutistuu aikana, vaikka mitään merkittävää LULCC tapahtunut, CFS mallit pystyvät toistamaan havaittu kutistuu suuntaus. Siksi ilmastotekijät hallitsevat SD-muutoksia verrattuna muihin vaikutuksiin, kuten LULCC: hen.
vuoteen 2050 ulottuvassa ennusteessa, jossa käytetään hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin 5.arviointiraportin (AR5) edustavaa Keskittymisreittiskenaariota 4.5, jota vain CFS pystyy suorittamaan, simuloidut ilmasto-indeksit osoittavat, että ilman LULCC: tä kestävä kehitys laajenee edelleen noin 6000 km2/vuosi (P = 0,18 CFS/SSiB2: lla ja p = 0,15 CFS/SSiB4: llä). Ennusteen mukaan rajasiirtymä on epäsymmetrinen: Länsi-Sahelissa siirtymä on noin 40 km pohjoiseen ja Itä-Sahelissa 60 km etelään (Kuva. 1d). Tulevaisuuden ennusteessa Sahelin lämpötilan ennustetaan olevan noin 1,8 °C lämpimämpi kuin vuosien 1986-2015 keskiarvo. Huolimatta ennustetusta Sademäärän kasvusta 2000-luvun puolivälissä, lämpenemisen aiheuttama suuri haihtuminen hallitsee ja tekee alueesta kuivemman ja tuottaa SD-laajenemisen. Sahelin ekosysteemiin kohdistuva lämpöstressi on hyvin edustettuna KTC: ssä ja sillä on tärkeä vaikutus tulevaisuuden ennusteeseen. Samaan aikaan ennustetut epäyhtenäiset sademäärät aiheuttavat erilaisia aavikoitumisriskejä eri Sahelinmaissa.
aiemmista vastaavista tutkimuksista poiketen tässä tutkimuksessa on käytetty myös havainnoinnista johdettuja kasvillisuusindeksejä sekä yhdistettyä ilmasto-ekosysteemimallia SD-ulottuvuuden ja sen muutoksen arvioimiseksi, mikä antaa selkeämmän maantieteellisen määritelmän ja jota voidaan käyttää ristiin validoimaan ilmastoindeksin tuloksia. Tämä ekosysteemimalli on laajasti arvioitu sen suorituskykyä Pohjois-Amerikan ja globaalin ekosysteemin vaihtelevuutta ja trendi15, 30. Meillä on 0,08–0.12 m2 / m2 Ei-kasvillisuusperusteena SD-laajuuden ja sen poikkeaman laskemiseksi annetulla LAI-alueella. Tähän vaihteluväliin perustuvat havaitut ja simuloidut keskimääräiset maantieteelliset SDOBS-Veg ja SDSSiB4-Veg ovat 9,5 × 106 km2 ja 9,6 × 106 km2, ja rajat ovat lähes yhteneväiset niiden vastaavien ilmasto-indeksien (Fig. 1 A).
SDOBS-Veg alkaa 1980-luvulta, jolloin satelliittidata on saatavilla ja tallentaa SD: n palautumisajan. Vuosien 1984-2015 aikana SDOBS-Veg on pienentynyt 10 000 ± 2 000 km2/vuosi (p < 0.01), lähellä muutosta SDOBS-Clim (12 000 km2/vuosi, Kuva. 1 e,f). Simuloitu SDCFS/SSiB4-Veg on suunnilleen sama kuin ilmasto-indeksi, jossa 8000 ± 800 km2 / vuosi (p < 0,01) laajeni vuosina 1950-2015. Vuosien 2015-2050 aikana SDCFS/SSiB4-Veg on ennustanut 6900 ± 600 km2/vuosi (p = 0,14) kasvua, joka on lähellä ilmastoindeksistä johdettua tasoa. Lisäksi SDCFS/SSiB4-Veg: n aikasarja on myös yhdenmukainen SDCFS/SSiB4-Clim: n kanssa korrelaatiokertoimella 0,73 (p < 0,01) (Kuva. 1e, f) koko kaudeksi 1950-2050.
SDCFS/SSiB4-Vegin eteläraja laajenee 90 km etelään vuosien 1950-2015 aikana ja etenee 40 km etelämmäksi itäisessä Sahelissa vuosien 2015-2050 aikana. Länsi-Saheliin ei ennusteta vuosien 2015-2050 aikana merkittävää muutosta, joka poikkeaa ilmastoindeksiin perustuvasta ennusteesta. CFS/SSiB2 käyttää määritettyä LAI: tä. Näin ollen kasvillisuusindeksin perusteella ei voida tehdä arviointia. Kahden määritelmän avulla ristiinarvioimme epävarmuutta arvioidessamme/projektin SD-laajennusta kahden eri määritelmän vuoksi ja osoitamme, että ne ovat yleisesti yhdenmukaisia. Jotkin poikkeamat johtuvat todennäköisesti virheistä satelliittipohjaisissa LAI-ja simuloiduissa ilmasto-ja kasvillisuusmuuttujissa harvan kasvillisuuden alueella 31.
arktinen alue
napaseutujen kiihtynyt lämpeneminen sekä ilmaston ja kasvillisuuden, lumen ja jäätikön voimakkaat vuorovaikutukset ovat johtaneet merkittäviin maan kunnon muutoksiin ArcTG-alueella menneinä vuosikymmeninä (Lloyd ym., 2003; Swann et al., 2010; Schaefer et al., 2011; Pearson ym., 2013; Frost ja Epstein, 2014), mutta raportit maanmuodon muutoksista mantereen mittakaavassa puuttuvat. Havaittu ilmasto-indeksi osoittaa, että keskimääräinen ArcTGOBS-Clim kattaa 5,7 × 106 km2 vuosina 1950-2015 (Kuva. 2a ja taulukko 1) ja on vähentynyt nopeudella 14,000 km2/vuosi (p < 0,01, 16% yhteensä tänä aikana, noin alueella British Columbia, Kanada) monotonisesti vuodesta 1950 vuoteen 2015 vastauksena ilmaston lämpeneminen (Kuva. 3c, d). Kutistumisvauhti kiihtyy 1980-luvun jälkeen, ja kutistumiseen liittyy rajanvetoa ympäri Napapiiriä (Kuva. 2b): 60 km polewardia Pohjois-Amerikassa ja 40 km polewardia Euraasiassa vuosina 1950-2015.
Arktisen Tundra-jäätikön (ArcTG) laajuus ja rajamuutos ilmastoindeksin perusteella. a) arktiset ilmastovyöhykkeet olivat keskimäärin vuosina 1950-2015. Arctg: n rajamuutokset ilmastoindeksin perusteella (B) havainnoinnista ja (c) CFS/SSiB4-simulaatiosta vuosina 1950-2015 ja (d) CFS/SSiB4-simulaatiosta vuosina 2015-2050. Luvut, jotka sisältävät kartat (A–d), on luonut NCL (versio 6.6.2, https://www.ncl.ucar.edu).
Arktisen Tundra-jäätikön (ArcTG) laajuus ja rajamuutos kasvillisuusindeksin ja vertailun perusteella. CFS/SSiB4 simuloituun kasvillisuusindeksiin perustuvat arctg: n muutokset a) 1950-2015 ja b) 2015-2050 aikana. Havaitut ja simuloidut arctg-laajuuden (C) aikasarjat ja (d) ilmasto-ja kasvillisuusindekseihin perustuvat suuntaukset. * kohdassa (d) ilmoitetaan arvo, jolla on merkittävä taso P < 0.01 (Mann-Kendall-testi). Luvut, jotka sisältävät kartat kohdissa (a) ja (d), ovat NCL: n (versio 6.6.2, https://www.ncl.ucar.edu).
mallit toistavat yleisesti arctg: n kattavuutta ja sen muutoksia ilmastoindeksin perusteella vuosina 1950-2015 (Taulukko 1). ArcTGCFS/SSiB4-Clim pienenee 10 000 km2 / vuosi (p < 0,01) vuosina 1950-2015, rajan vetäytyessä 50 km Pohjois-Amerikassa ja 30 km Euraasiassa (Kuva. 2c), Yhdenmukainen mutta pienempi kuin ArcTGOBS-Clim. CFS/SSiB2, jossa on määrätyt kasvillisuusolosuhteet, toistaa kuitenkin vain kolmanneksen havaitusta ja CFS / SSiB4 simuloidusta vähennysasteesta (Kuva. 3d). Mustan hiilen laskeuman ja kasvihuonekaasupäästöjen puuttuminen CFS: ssä voi osaltaan aiheuttaa eroja. Arktisilla alueilla ihmisen aiheuttaman mustan hiilen lumessa on raportoitu kiihdyttävän lämmittävää vaikutusta tehostamalla pintasäteilyn pakottamista32. Maaperän hiilihengityksen tehostumisesta johtuva kasvihuonekaasupäästöjen vähyys voi myös osaltaan aliarvioida ilmakehän lämpenemistä3,33. Tehostunut maaperän hiilihengitys tulee sulaneesta ikiroudasta, jossa mikrobien hajoaminen lisää hengittävää CO2-ja metaanivirtaa ilmakehään. Tämä puolestaan voimistaa ilmakehän lämpenemistä ja kiihdyttää ikiroudan hajoamista entisestään, mikä johtaa ikiroudan positiiviseen hiileen. Samaan aikaan lämpenevä lämpötila ja kohonnut ilmakehän CO2-pitoisuus aiheuttavat pensaiden ja puiden rikastumista Arktisessa metsä-tundra-ekotonissa ja tuottavat positiivisia palautteita. Simuloitujen ilmastoindeksien tulevaisuusennusteessa vuosille 2015-2050 arctg: n laajuus pienenee 17 000 km2/vuosi (p < 0,01), Pohjois-Amerikassa 60 km: n vetäytyminen ja Euraasiassa 40 km: n vetäytyminen vuoteen 2050 mennessä (Kuva. 2d).
vuoden 2003 CAVM-puurajan tuotteisiin perustuva havaittu kasvillisuusindeksi määrittää pohjoisimmat leveysasteet, joilla puulajit säilyvät, mikä on määritelty Arktisen tundran ja jäätikön maantieteelliseksi etelärajaksi. ArcTGOBS-Veg (vuodelta 2003, vihreät viivat viikuna. 2a) pinta-ala on 7,1 × 106 km2, ja sen pinta-ala on huomattavasti suurempi kuin ArcTGOBS-Climin (vuodelta 2003, siniset viivat kuviossa. 2a) Länsi-Alaskassa, Kanadan kilvessä, Taymyrin niemimaalla ja Jamalin niemimaalla, jossa ilmasto-indeksi näyttää viittaavan siihen, että puut pystyvät vielä selviytymään. Tämä johtuu siitä, että puiden dynamiikkaan vaikuttavat ilmaston lisäksi myös lajikohtaiset piirteet ja ympäristöolosuhteet, kuten ikiroudan sulaminen 34, joka heikentää paikallista hydrologista järjestelmää (kuten aktiivisen kerroksen syvyyttä) ja vahingoittaa juuristoa, joka estäisi puiden perustamisen. Näitä tekijöitä ei oteta huomioon arctgobs-Clim-ja Arctgcfs/SSiB4-Clim-standardeissa, ja niillä saadaan aikaan pienempi pinta-alan laajuuden estimointi verrattuna kasvillisuusindekseihin. Emme voi arvioida arctgobs-Veg-laajuuden pitkän aikavälin keskiarvoa emmekä ennakkomaksua cavm-treeline-tuotteen avulla, koska se koskee vain vuotta 2003. Treeline advance 20th century eri aloituspäivämääriä on raportoitu useita sivuston mittaukset koko circumarktinen metsä-tundra ekotone1, 35, 36, osoittaa arktinen kutistuminen viime vuosikymmeninä. Simuloidun ArcTGCFS / SSiB4-Veg: n pinta-ala on 6,8 × 106 km2 vuosina 1950-2015 ja 6,5 × 106 km2 vuonna 2003. Simuloitu arctgcfs / SSiB4-Veg-kutistuminen on yhdenmukainen edellä mainittujen kenttämittausten kanssa ja osoittaa, että ArcTG kutistuu vuosina 1950-2015. Arctgcfs / SSiB4-Veg boundary retreat, sen sijaan, osoittaa erilaista epäsymmetrisyyttä Pohjois-Amerikan ja Euraasian mantereilla verrattuna siihen, mitä climate index osoittaa. Vaikka Euraasian puuraja siirtyy 50 km poleward, Yhdenmukainen kuin ArcTGCFS/SSiB4-Clim, mutta mitään merkittävää muutosta Pohjois-Amerikan puuraja löytyy arctgcfs / SSiB4-Veg (KS. 3 A). Pohjois-Amerikan ilmasto-ja kasvillisuusindeksien väliset erot viittaavat siihen, että arctgcfs/SSiB4-clim-indeksin kutistuminen siellä ei aiheuta merkittävää puurajan etenemistä. Myös lajikohtaiset piirteet ja paikalliset ympäristöolosuhteet voivat osaltaan vaikuttaa puurajan etenemiseen. Itse asiassa Kanadan kilven sivustohavainnot eivät löytäneet treeline Advancea 20th century1: ssä. Sen sijaan kahdessa paikassa Taymyrin niemimaalla Siperiassa oli merkittävää puunrunkokehitystä1. Nämä paikkamittaukset näyttävät täsmäävän simulaatiomme kanssa. Epävarmuuden vähentämiseksi tarvitaan lisäarviointeja, joissa on enemmän tietoa. Tulevaisuuden ennusteessa puurajan etenemistä ennustetaan molemmilla mantereilla, Pohjois-Amerikassa 60 km ja Euraasiassa 30 km (Kuva. 3b), jolloin laajuus kutistuu 17 000 km2/vuosi (p < 0,01, Taulukko 1).