a Szahara sivatag (SD)
az 1950-2015 közötti időszakban a megfigyelt éghajlati index azt mutatja, hogy az SDOBS-Clim Észak-Afrikában körülbelül 9,5 kb 106 km2 (ábra. 1a és 1. táblázat), a Tucker et al.6. Az SDOBS-Clim általános terjeszkedése 1950-2015 között mintegy 11 000 km2 / év, 8% – kal növekszik 1950-2015 között, ami általában összhangban van a korábbi tanulmányokkal2. Az SDOBS-Clim déli határa körülbelül 100 km-re halad dél felé 1950-től 2015-ig (ábra. 1b). Ez az Általános terjeszkedés azonban időben nem állandó. A Száhel-övezetek drámai változást tapasztaltak az 1950-es évek nedves körülményeiről az 1980-as évek sokkal szárazabb körülményeire, majd az 1980-as évek után részben helyreálltak. az 1980-as évek során éghajlati rendszerváltást azonosítottak15,28. A korábbi SD-tanulmányoktól eltérően, amelyek csak egy tendenciát azonosítanak a teljes tanulmányi időszakra, az 1984-es évre, ebben a tanulmányban fordulópontként azonosítják az Eq szerint. (9) az SD expanziós zsugorodási periódusok megjelölése. Az éghajlatváltozással összhangban az SD 35 000 km2/év (p < 0,01, Mann-Kendall teszt) bővülése 1950-1984 között, 12 000 km2/év zsugorodása (p < 0,01) 1984-2015-ben (ábra. 1f). A legnagyobb déli irányú terjeszkedés 1950-1984 között következik be, a déli SD határ 170 km-rel bővül, összesen 1 200 000 km2 terjeszkedés (Franciaország területének körülbelül kétszerese).
a Szahara sivatag (SD) kiterjedése és határváltozása az éghajlati és vegetációs indexek alapján. a) Az észak-afrikai éghajlati övezetek átlaga 1950-2015 között volt. SD déli határ változások alapján éghajlati index (b) megfigyelés és (c) CFS/SSiB4 szimuláció során 1950-2015, és (d) CFS/SSiB4 szimuláció során 2015-2050. Megfigyelt és szimulált (e) idősorok és (f) az éghajlati és vegetációs indexek által meghatározott SD kiterjedés trendje. Az (f) pontban szereplő hibasávok egy szórást jeleznek a LAI-alapú, nem vegetációs kritérium tartomány 0,08–0,12 m2/m2. * az (f)-ben azt az értéket jelöli, amelynek szignifikáns szintje p < 0,01 (Mann-Kendall teszt). Ábra beleértve térképeket (a-d) által létrehozott NCL (version 6.6.2, https://www.ncl.ucar.edu).
a szimulált éghajlati indexek megfelelően reprodukálják az SD mértékét és annak változásait az 1950-2015 közötti időszakban (1.táblázat). Az SDCFS/SSiB2-Clim és SDCFS/SSiB4-Clim idősorai jól korrelálnak az SDOBS-Clim-Mel (ábra. 1e), az időbeli korrelációk nagyobbak, mint 0.71 (p < 0,01, ötéves futó átlag). A CFS modellek mintegy 7600 km2/év (CFS/SSiB2, p = 0,02) és 8000 km2/év (CFS/SSiB4, p < 0,01) terjeszkedést generálnak 1950-től 2015-ig, a déli határok 70 km-rel történő kiterjesztésével együtt (CFS/SSiB4, ábra. 1c). Eközben a modellek megfelelően reprodukálják az SD zsugorodási arányát 1984-2015 között. Azonban mind a CFS / SSiB2, mind a CFS/SSiB4 alábecsüli az 1984 előtti terjeszkedési rátát körülbelül 30% – kal. A Száhel-övezetben a szántóföldek és legelők 30% – kal bővültek az 1980-as években az 1950-es évekhez12 képest a túllegeltetés, az erdőirtás és a rossz földgazdálkodás miatt8, 10. Egy többmodelles kísérlet bizonyította, hogy a földhasználat és a felszínborítás változása (LULCC) hozzájárul az 1980-as évek aszályához, amely várhatóan a talaj pusztulását okozza12. Ez az antropogén hatás hiányzik ebben a CFS szimulációban, ami az SD terjeszkedési sebességének alábecsüléséhez vezethet 1950-1984 között. Ezenkívül a CFS/SSiB2 szimulációban következetesen kevesebb változás történt, mint az SD és az ArcTG CFS/SSiB4 szimulációjában, bizonyítják a kétirányú növényzet-éghajlat visszacsatolás fontosságát a talajforma változásában. A CFS modellek a megfigyelt terjeszkedési tendencia akár 70% – át is reprodukálják 1950-1984 között, a modellekben a LULCC figyelembevétele nélkül. Eközben az SD zsugorodási időszakában, miközben nem történt figyelemre méltó LULCC, a CFS modellek képesek reprodukálni a megfigyelt zsugorodási tendenciát. Ezért az éghajlati tényezők uralják az SD változásait más hatásokhoz, például a LULCC-hez képest.
a 2050-ig tartó jövőbeli előrejelzéshez az éghajlatváltozással foglalkozó kormányközi testület 5.értékelő jelentésének (AR5) reprezentatív koncentrációs útvonala (RCP) 4.5 forgatókönyvével, amelyet csak a CFS képes elvégezni, a szimulált éghajlati indexek azt mutatják, hogy LULCC nélkül az SD tovább bővül körülbelül 6000 km2/év (p = 0,18 a CFS/SSiB2 és p = 0,15 a CFS/SSiB4 esetében). Az előrejelzések szerint aszimmetrikus határeltolódás várható, a Száhel nyugati részén körülbelül 40 km-re észak felé, a keleti Száhel-övezetben pedig 60 km-re délre. 1d). A jövőbeni előrejelzésben a Száhel hőmérséklete az előrejelzések szerint körülbelül 1.8 kb C melegebb, mint az 1986-2015 átlaga. A 21. század közepén várható csapadéknövekedés ellenére a felmelegedés okozta magas párolgás dominál, szárazabbá teszi a területet, és SD-terjeszkedést eredményez. A Száhel-övezet ökoszisztémájára gyakorolt hőterhelés jól képviselteti magát a KTC-ben, és fontos hatással van a jövőbeli előrejelzésre. Eközben az előrejelzett heterogén Csapadék anomália eloszlások különböző elsivatagosodási kockázatokat eredményeznek a Száhel-szigetek különböző országaiban.
a korábbi hasonló tanulmányoktól eltérően ebben a tanulmányban megfigyelésből származó vegetációs indexeket és egy kapcsolt éghajlat-ökoszisztéma modellt is használtunk az SD kiterjedésének és változásának értékelésére, amely egyértelműbb földrajzi meghatározást nyújt, és felhasználható az éghajlati index eredményeinek kereszt-validálására. Ezt az ökoszisztéma-modellt széles körben értékelték az észak-amerikai és globális ökoszisztéma-változékonyság és a trend15,30. Mi foglalkoztat egy sor 0,08-0.12 m2/m2 mint nem vegetációs kritérium az SD kiterjedésének és a hozzárendelt LAI-tartománytól való eltérésének kiszámításához. A megfigyelt és szimulált átlagos földrajzi SD kiterjedés (SDOBS-Veg és SDSSiB4-Veg) e tartomány alapján 9,5 6 6 km2, illetve 9,6 106 km2, határai majdnem egybeesnek a megfelelő éghajlati indexek alapján meghatározottakkal (ábra. 1a).
az SDOBS-Veg az 1980-as években kezdődik, amikor a műholdas adatok rendelkezésre állnak, és rögzítik az SD helyreállítási időszakát. 1984-2015 folyamán az SDOBS-Veg 10 000 2000 km2/év csökkenést mutat (p < 0.01), közel a változás alapján SDOBS-Clim (12.000 km2/év, ábra. 1e, f). A szimulált SDCFS / SSiB4-Veg körülbelül megegyezik az éghajlati index 8000 600 km-rel2 / év (p < 0,01) terjeszkedés 1950-2015 között. 2015-2050 folyamán az SDCFS / SSiB4-Veg 6900 600 km-t jósolt2 / év (p = 0,14) terjeszkedés, közel az éghajlati indexből levezetetthez. Ezenkívül az SDCFS/SSiB4-Veg idősorai összhangban vannak az SDCFS / SSiB4-Clim-rel is, 0,73 korrelációs együtthatóval (p < 0,01) (ábra. 1e, f) az 1950-2050 közötti teljes időszakra.
az SDCFS/SSiB4-Veg déli határa 90 km-re dél felé terjeszkedik 1950-2015 folyamán, és 40 km-rel délebbre halad a Száhel keleti részén 2015-2050 folyamán. A Száhel-övezet nyugati részén 2015-2050-ben nem várható jelentős változás, amely eltér az éghajlati Indexen alapuló előrejelzéstől. A CFS / SSiB2 meghatározott LAI-t használ. Mint ilyen, a vegetációs index alapján nem lehet értékelést végezni. Két definícióval keresztezzük az SD-bővítés értékelésének/projektjének bizonytalanságát két különböző definíció miatt, és megmutatjuk, hogy általában konzisztensek. Bizonyos eltérések valószínűleg a műholdas eredetű LAI és szimulált éghajlati és vegetációs változók hibáinak tudhatók be a ritka növényzet területén31.
az Északi-sarkvidék
a sarkvidékek felgyorsult felmelegedési üteme, valamint az éghajlat és a növényzet, a hó és a gleccserek közötti intenzív kölcsönhatások az elmúlt évtizedekben figyelemre méltó szárazföldi állapotváltozásokhoz vezettek az ArcTG területén (Lloyd et al., 2003; Swann et al., 2010; Schaefer et al., 2011; Pearson et al., 2013; Frost and Epstein, 2014), de a szárazföldi formák kontinentális változásáról szóló jelentések hiányoznak. A megfigyelt éghajlati index azt mutatja, hogy az átlagos ArcTGOBS-Clim kiterjed 5,7 kb 106 km2 a 1950-2015 (ábra. 2a és táblázat 1), és csökken az arány 14.000 km2/év (p < 0,01, 16% összesen ebben az időszakban, a terület British Columbia, Kanada) monoton 1950-től 2015-ig válaszul a globális felmelegedés (ábra. 3c, d). A zsugorodási ráta az 1980-as évek után felgyorsul. a zsugorodást határvonulás kíséri az Északi-sarkkör körül (ábra. 2b): Észak-Amerikában 60 km poleward, Eurázsiában pedig 40 km poleward 1950-2015 között.
a sarkvidéki Tundra-gleccser (ArcTG) kiterjedése és határváltozása az éghajlati index alapján. a) a sarkvidéki éghajlati övezetek átlaga 1950-2015 között volt. Az ArcTG határváltozások a (B) megfigyelés és (c) CFS/SSiB4 szimuláció éghajlati indexe alapján 1950-2015, és (d) CFS/SSiB4 szimuláció 2015-2050 között. Az (a–d) pontban szereplő térképeket tartalmazó ábrákat az NCL hozza létre (6.6.2 verzió, https://www.ncl.ucar.edu).
a sarkvidéki Tundra-gleccser (ArcTG) kiterjedése és határváltozása a vegetációs index és összehasonlítás alapján. Az ArcTG változása a CFS / SSiB4 szimulált vegetációs index alapján (a) 1950-2015 és (b) 2015-2050 között. Megfigyelt és szimulált Arktg kiterjedés (c) idősorok és (d) éghajlati és vegetációs indexeken alapuló tendenciák. * a (d) azt az értéket jelöli, amelynek szignifikáns szintje p < 0,01 (Mann-Kendall teszt). Az A) és d) pontokban szereplő térképeket tartalmazó ábrákat az NCL generálja (6.6-os verzió.2, https://www.ncl.ucar.edu).
a modellek általában reprodukálják az ArcTG lefedettségét és változásait az 1950-2015 közötti éghajlati index alapján (1.táblázat). Az ArcTGCFS / SSiB4-Clim 10 000 km2/év sebességgel csökken (p < 0,01) 1950-2015 között, Észak-Amerikában 50 km-rel, Eurázsiában pedig 30 km-rel visszavonul (ábra. 2c), összhangban, de alacsonyabb, mint az ArcTGOBS-Clim. A CFS/SSiB2 meghatározott vegetációs körülmények között azonban csak a megfigyelt és a CFS/SSiB4 szimulált redukciós arány egyharmadát reprodukálja (ábra. 3d). A fekete szén lerakódásának és az üvegházhatású gázok kibocsátásának hiánya a CFS-ben hozzájárulhat az eltérésekhez. Az Északi-sarkvidéken a jelentések szerint az ember által előidézett fekete szén a hóban felgyorsítja a felmelegedési hatást azáltal, hogy fokozza a felszíni sugárzási erőt32. Az üvegházhatású gázok kibocsátásának hiánya a talaj fokozott szénlégzése miatt szintén hozzájárulhat a légköri felmelegedés alulbecsléséhez3, 33. A fokozott talajszénlégzés a felolvadt permafrosztból származik, ahol a mikrobiális bomlás növeli a légzést CO2 és metán áramlik a légkörbe. Ez viszont felerősíti a légköri felmelegedés sebességét, és tovább gyorsítja a permafrost lebomlását, ami pozitív permafrost szén visszacsatolást eredményez. Eközben a melegedő hőmérséklet és az emelkedett légköri CO2-koncentráció a sarkvidéki erdő-tundra ökoton cserjék és fák dúsulását okozza, és pozitív visszacsatolást eredményez. A 2015-2050 közötti időszakra vonatkozó jövőbeli előrejelzésben a szimulált éghajlati indexek körülbelül 17 000 km2/év (p < 0,01) csökkenést mutatnak az ArcTG mértékében, Észak-Amerikában 60 km-es, Eurázsiában pedig 40 km-es visszavonulással 2050-re (ábra. 2d).
a CAVM treeline 2003-as termékein alapuló megfigyelt vegetációs index a legészakibb szélességi fokokat határozza meg, ahol a fafajok fennmaradnak, ami a földrajzi sarkvidéki tundra és a gleccser déli határa. Az ArcTGOBS-Veg (az év 2003, zöld vonalak ábra. 2A) kiterjed 7,1 db 106 km2, lényegesen nagyobb területen, mint ArcTGOBS-Clim (az év 2003, kék vonalak ábra. 2A) Nyugat-Alaszkában, a kanadai pajzsban, a Taymyr-félszigeten és a Jamal-félszigeten, ahol az éghajlati index úgy tűnik, hogy a fák még mindig képesek túlélni. Ez azért van, mert a fák dinamikáját nemcsak az éghajlat befolyásolja, hanem a fajspecifikus tulajdonságok és a környezeti feltételek is közvetítik, mint például a permafrost olvadása34, ami rontja a helyi hidrológiai rendszert (például az aktív rétegmélységet), és károsítja a gyökérrendszert, amely megtiltaná a fák létrehozását. Ezeket a tényezőket az ArcTGOBS-Clim és az ArcTGCFS/SSiB4-Clim nem veszi figyelembe, és ezzel a két mutatóval a vegetációs indexekhez képest alacsonyabb területnagyság-becslést eredményez. Nem tudjuk értékelni sem az ArcTGOBS-Veg hosszú távú átlagát, sem az előleget a CAVM treeline termék használatával, mivel ez csak 2003-ra vonatkozik. A treeline advance a 20.században különböző kezdési időpontok számoltak számos helyszíni mérések szerte a circumarctic forest-tundra ecotone1,35,36, jelezve sarkvidéki zsugorodás az elmúlt évtizedekben. A szimulált ArcTGCFS / SSiB4-Veg területe 6,8 606 km2 az 1950-2015 közötti időszakra, és 6,5 106 km2 a 2003-as évre. A szimulált ArcTGCFS / SSiB4-Veg zsugorodás összhangban van a fent említett terepi mérésekkel, és az ArcTG zsugorodását mutatja 1950-2015 között. Az ArcTGCFS / SSiB4-Veg határvonulás azonban más aszimmetriát mutat az észak-amerikai és az eurázsiai kontinensen, mint amit az éghajlati index jelez. Bár az Eurázsiai treeline eltolódik 50 km poleward, összhangban az ArcTGCFS / SSiB4-Clim, de nem jelentős változás az észak-amerikai fasor található ArcTGCFS / SSiB4-Veg (lásd ábra. 3a). Az észak-amerikai éghajlati index és vegetációs index közötti eltérések arra utalnak, hogy az ott található ArcTGCFS/SSiB4-clim zsugorodása nem okoz jelentős előrelépést a fák között. A fajspecifikus tulajdonságok és a helyi környezeti feltételek szintén hozzájárulhatnak a fák fejlődéséhez. Valójában a Kanadai pajzs helyszíni megfigyelései nem találták a treeline előrelépést a 20. században1. Ezzel szemben a Taymyr-félsziget, Szibéria, jelentős treeline előrehaladással rendelkezett1. Ezek a helyszíni mérések összhangban vannak a szimulációnkkal. A bizonytalanság csökkentése érdekében további, több adatot tartalmazó értékelésekre van szükség. A jövőbeli előrejelzésben a treeline előrehaladását mindkét kontinensen előrejelzik, Észak-Amerikában 60 km-re, Eurázsiában pedig 30 km-re (ábra. 3b), ami a kiterjedés 17 000 km2/év csökkenésével jár (p < 0,01, 1.táblázat).