サハラ砂漠(SD)
1950年から2015年の間に観測された気候指数は、SDOBS-Climが北アフリカ全体で約9.5×106km2をカバーしていることを示しています(図1)。 1aおよび表1)によって報告された範囲内で、Tuckerらによって報告された範囲内である。6. SDOBS-Climは1950年から2015年にかけて11,000km2/年に一般的に拡張され、8％増加している1950年から2015年にかけて、これは一般的に以前の研究と一致しています2。 SDOBS-Climの南の境界は約100km南に進み、1950年から2015年まで続いている（Fig. 1b）。 しかし、この一般的な展開は時間的に一定ではありません。 サヘル地域は、1950年代の湿潤状態から1980年代の乾燥状態への劇的な変化を経験し、その後1980年代以降に部分的に回復しました。1980年代には気候レジームのシフトが確認されています15,28。 これまでのSD研究とは異なり、研究期間全体で1つの傾向のみを特定する1984年は、この研究ではeqに従って転換点として特定されています。 (9)SD拡張-縮小期間を示す。 気候変動と一致して、SDは1950年から1984年の間に35,000km2/年（P<0.01、Mann-Kendall test）の拡大を持ち、1984年から2015年の間に12,000km2/年（P<0.01）の縮小を持っています（図1）。 1階）。 最大の南進拡大は1950年から1984年の間に起こり、南部のSD境界は170km拡大し、合計1,200,000km2の拡大（フランスの面積の約倍）が行われた。
サハラ砂漠（SD）の範囲と境界は、気候と植生指数に基づいて変化します。 (a)北アフリカの気候帯は1950年から2015年にかけて平均していた。 SD南部境界は、(b)観測と(c)1950年から2015年のCFS/Ssib4シミュレーション、および(d)2015年から2050年のCFS/Ssib4シミュレーションからの気候指数に基づいて変化する。 観測され、シミュレートされた（e）時系列と（f）気候と植生指標によって定義されたSD範囲の傾向。 (F)の誤差バーは、LAIベースの非植生基準範囲0.08-0.12m2/m2による標準偏差を示しています。 *in(f)は、p<0.01(Mann-Kendall検定)で有意なレベルを持つ値を示します。 (A–d)にマップを含む図は、NCL(バージョン6.6.2,https://www.ncl.ucar.edu)によって作成されます。
シミュレーションされた気候指標は、1950年から2015年の間のSD範囲とその変化を適切に再現している（表1）。 ＳＤＣＦＳ／Ｓｓｉｂ２−ＣｌｉｍおよびＳＤＣＦＳ／Ｓｓｉｂ４−Ｃｌｉｍの時系列は、ＳＤＯＢＳ−Ｃｌｉｍと良好に相関している（図１ ０Ａ）。 1e)、時間相関が0より大きい。71（p<0.01、五年走行平均）。 CFSモデルは、1950年から2015年までの約7600km2/年（CFS/Ssib2、p=0.02）および8000km2/年（CFS/Ssib4、p<0.01）の拡大を生成し、南部境界の70km拡大を伴います（CFS/Ssib4、Fig. 1c）。 一方、1984年から2015年までのモデルはSDの縮小率を適切に再現しています。 しかし、CFS/Ssib2とCFS/Ssib4の両方が1984年以前の拡張率を約30％過小評価しています。 サヘルでは、過放牧、森林破壊、土地管理の貧弱さのために、1980年代には耕作地と牧草地が1950年代と比較して30％拡大しています12 8,10。 マルチモデル実験では、1980年代の干ばつに対する土地利用と土地被覆変化（LULCC）の寄与が実証されており、土地の劣化12を引き起こすはずです。 この人為的影響は、1950年から1984年の間にSD拡張率の過小評価につながる可能性があり、このCFSシミュレーションでは欠落しています。 さらに、SDおよびArcTGに続くCFS/Ssib4のそれと比較して、CFS/Ssib2シミュレーションの一貫して少ない変化は、地形変化における双方向植生-気候フィードバックの重要性を示している。 CFSモデルは、モデル内のLULCCを考慮せずに、観測された拡大傾向の70％まで1950年から1984年の間に再現します。 一方，ＳＤ収縮期間中，顕著なＬＵＬＣＣは発生しなかったが，ＣＦＳモデルは観測された収縮傾向を再現することができた。 したがって、lulccなどの他の効果と比較して、気候要因がSDの変化を支配しています。
Cfsのみが実施できる気候変動に関する政府間パネル第5次評価報告書(AR5)の代表的な濃度経路(RCP)4.5シナリオで2050年までの将来予測について、シミュレートされた気候指標は、LULCCがない場合、SDはさらに約6000km2/年(CFS/Ssib2ではp=0.18、CFS/Ssib4ではp=0.15)拡大することを示している。 非対称な境界シフトが予測されており、西サヘルでは約40km北向きの変位、東サヘルでは約60km南向きの変位が予測されています（図）。 1d）。 将来の予測では、サヘルの気温は1.8-1986の平均よりも約2015℃暖かいと予測されています。 21世紀半ばの降水量の増加が予測されているにもかかわらず、温暖化による高蒸発が支配的であり、地域をより乾燥させ、SD拡大をもたらす。 サヘル生態系への熱ストレスはKTCでよく表されており、将来の予測に重要な意味を持っています。 一方、予想される不均一な降水量異常分布は、様々なサヘル諸国のための異なる砂漠化リスクをもたらします。
これまでの同様の研究とは異なり、本研究では、観測から導出された植生指標と気候-生態系モデルを使用してSD拡張とその変化を評価し、より明確な地理的定義を提供し、気候指数からの結果を交差検証するために使用することができる。 この生態系モデルは、北米および世界の生態系の変動とトレンド15,30に関するそのパフォーマンスについて広く評価されています。 私達は0.08–0の範囲を用いる。割り当てられたLAI範囲でSD範囲とその偏差を計算するための非植生基準として12m2/m2。 この範囲に基づいて観測され、シミュレートされた平均地理的SD範囲（SDOBS-VegおよびSdssib4-Veg）は、それぞれ9.5×106km2および9.6×106km2であり、境界は対応する気候指標に基づくものとほぼ一致している（図。 1a）。
SDOBS-Vegは、衛星データが利用可能になった1980年代に開始され、SD回復期間を記録します。 1984年から2015年の間に、SDOBS-Vegは10,000±2000km2/年の減少を示しています（p<0。01)、SDOBS-Climに基づく変化に近い（12,000km2/年、図。 1e、f）。 シミュレーションされたSDCFS/Ssib4-Vegは、8000±800km2/年（p<0.01）の気候指数とほぼ同じであり、1950年から2015年の間に拡大した。 2015年から2050年の間に、SDCFS/Ssib4-Vegは6900±600km2/年（p=0.14）の拡大を予測しており、気候指数に由来するものに近い。 加えて、ＳＤＣＦＳ／Ｓｓｉｂ４−Ｖｅｇの時系列は、相関係数が０． 1e、f）1950年から2050年の全期間。
SDCFS/Ssib4-Vegの南境界は、1950年から2015年の間に90km南に拡大し、2015年から2050年の間にサヘル東部で40kmさらに南に進む予定です。 西サヘルでは、気候指数に基づく予測とは異なり、2015年から2050年の間に大きな変化は予測されていません。 CFS/Ssib2は指定されたLAIを使用します。 そのため、植生指数に基づいて評価を行うことはできません。 二つの定義を用いて，二つの異なる定義によるSD拡張の評価／プロジェクトの不確実性を相互評価し，それらが一般的に一貫していることを示した。 いくつかの不一致は、衛星由来のLAIおよび疎な植生領域におけるシミュレートされた気候および植生変数の誤差による可能性が高い31。
北極
極地の温暖化率の加速と、気候と植生、雪、氷河の集中的な相互作用は、過去数十年間にArcTG地域で顕著な土地条件の変化をもたらした(Lloyd et al. ら、２ ０ ０ ３；Ｓｗａｎｎ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ １ ０；Ｓｃｈａｅｆｅｒ ｅ ｔ ａ ｌ． ら、２ ０ １ １；Ｐｅａｒｓｏｎ ｅ ｔ ａ ｌ．,2013;Frost and Epstein,2014),しかし、大陸規模での地形の変化に関する報告は欠けている。 観測された気候指数は、平均ArcTGOBS-Climが5.7×106km2をカバーすることを示しています1950-2015(Fig. 2aおよび表1)と、地球温暖化に対応して14,000km2/年の割合で減少している(P<0.01、この期間中の合計で16%、カナダのブリティッシュコロンビア州の面積について)(図1950年から2015年にかけて単調に減少している)。 3c、d）。 1980年代以降、縮小率は加速し、北極圏全体の境界後退を伴って縮小しています(図1)。 2b):北アメリカの60kmのpolewardおよびユーラシアの40kmのpoleward1950-2015年の間に。
気候指数に基づく北極ツンドラ氷河（ArcTG）の範囲と境界の変化。 (a)北極の気候帯は1950-2015年の平均値を示した。 ArcTG境界は、(b)観測と(c)1950-2015年のCFS/Ssib4シミュレーション、および(d)2015-2050年のCFS/Ssib4シミュレーションからの気候指数に基づいて変化します。 (A–d)内のマップを含む図は、NCL(バージョン6.6.2,https://www.ncl.ucar.edu)によって作成されます。
北極ツンドラ氷河（ArcTG）の範囲と境界は植生指数と比較に基づいて変化します。 (A)1950-2015および(b)2015-2050の間のcfs/Ssib4シミュレートされた植生指数に基づくArcTGの変化。 ArcTGの観測およびシミュレーション範囲（c）時系列および（d）気候および植生指標に基づく傾向。 *in(d)は、p<0.01(Mann-Kendall検定)で有意なレベルを持つ値を示します。 (A)および(d)のマップを含む図は、NCL(バージョン6.6.2, https://www.ncl.ucar.edu).
これらのモデルは、一般的に、1950年から2015年の気候指数に基づいてArcTGのカバレッジとその変化を再現しています（表1）。 ArcTGCFS/Ssib4-Climは10,000km2/年（p<0.01）で1950年から2015年にかけて減少し、北アメリカでは50km、ユーラシアでは30km後退している（図。 2c)と一致するが、ArcTGOBS-Climよりも低い。 しかし、指定された植生条件を持つCFS/Ssib2は、観測されたCFS/Ssib4シミュレートされた減少率の三分の一しか再現しません（図。 3d）。 Cfsにおける黒色炭素沈着および温室効果ガス排出の欠如は、不一致の一因となる可能性がある。 北極では、雪上に人為的に誘起された黒色炭素が、表面放射力を高めることによって温暖化効果を加速することが報告されている32。 強化された土壌炭素呼吸による温室効果ガス排出の欠如はまた、大気温暖化の過小評価に寄与する可能性がある3,33。 強化された土壌炭素呼吸は、解凍された永久凍土から来ており、微生物の腐敗は呼吸CO2と大気へのメタンフラックスを増加させている。 これは、大気中の温暖化の速度を増幅し、永久凍土の劣化をさらに加速させ、正の永久凍土炭素フィードバックをもたらす。 一方、温暖化温度と大気中のCO2濃度の上昇は、北極森林ツンドラecotoneの低木や樹木の濃縮を引き起こし、肯定的なフィードバックを生成します。 2015年から2050年の将来予測では、シミュレートされた気候指標は、ArcTG範囲の約17,000km2/年（p<0.01）の減少を予測し、北米では60km後退、ユーラシアでは40km後退を2050年までに予測している（図。 2d）。
2003年のCAVM treelineの積に基づく観測された植生指数は、樹種が生存する最北端の緯度を示しており、これは地理的な北極ツンドラと氷河の南の境界と定義されています。 ArcTGOBS-Veg（2003年のために、図の緑の線。 2a)は7.1×106km2をカバーしており、ArcTGOBS-Climよりも面積が大幅に大きい（2003年の場合、図中の青い線。 2a）西アラスカ、カナダの盾、Taymyr半島、およびヤマル半島では、気候指数は木がまだ生き残ることができることを示唆しているようです。 これは、樹木の動態が気候の影響を受けるだけでなく、種固有の形質や永久凍土融解34などの環境条件によって媒介され、局所的な水文学的レジーム（活性層の深さなど）を悪化させ、樹木の確立を禁止する根系を損傷させるためである。 これらの要因は、arctgobs-ClimおよびArcTGCFS/Ssib4-Climでは考慮されず、植生指標と比較してこれら二つの指標でより低い面積範囲推定を生成する。 それは2003年のためだけであるため、我々はCavm treeline製品を使用してArcTGOBS-Vegエクステントの長期平均または事前率のいずれかを評価することはできません。 様々な開始日を持つ20世紀のツリーラインの進歩は、circumarctic forest-tundra ecotone1,35,36全体のサイト測定の数で報告されており、過去数十年で北極の縮小を示しています。 シミュレーションされたArcTGCFS/Ssib4-Vegは6.8×106km2を1950年から2015年にかけてカバーし、6.5×106km2を2003年にカバーしています。 シミュレートされたArcTGCFS/Ssib4-Vegの縮小は、上記のフィールド測定と一貫性があり、1950年から2015年の間に縮小ArcTGを示しています。 しかし、ArcTGCFS/Ssib4-Veg境界リトリートは、気候指数によって示されるものと比較して、北米およびユーラシア大陸で異なる非対称性を示している。 ユーラシアのツリーラインは50kmの極方向にシフトしますが、ArcTGCFS/Ssib4-Climのそれと一致していますが、Arctgcfs/Ssib4-Vegの北米のツリーラインには有意な変化は見られません（図参照）。 3a）。 北アメリカの気候指数と植生指数との間の不一致は、ArcTGCFS/Ssib4-climの縮小が重要な樹木線の進歩を引き起こさないことを示唆している。 種特異的な形質および地域の環境条件はまた、樹木の進歩に寄与する可能性がある。 実際には、カナダのシールドのサイトの観測では、20世紀のツリーラインの進歩を見つけることができませんでした1。 対照的に、シベリアのタイミル半島の二つのサイトは、重要なツリーラインの進歩を持っていた1。 これらのサイト測定はシミュレーションと一致していると思われる。 不確実性を減らすためには、より多くのデータを使用したさらなる評価が必要です。 将来の予測では、北米では60km、ユーラシアでは30kmの両大陸でツリーラインの前進が予測されています（図。 3b)、その結果、17,000km2/年の範囲の縮小が生じる(p<0.01、表1)。