sahara-ørkenen (SD)
i løpet av 1950-2015 viser observert klimaindeks at SDOBS-Clim dekker ca 9,5 × 106 km2 Over Hele Nord-Afrika (Fig. 1a Og Tabell 1), innenfor området rapportert Av Tucker et al.6. SDOBS-Clim har en generell utvidelse i løpet av 1950-2015, noen 11.000 km2 / år og øker 8% i løpet av 1950-2015, som generelt er i samsvar med tidligere studier2. DEN sørlige grensen AV SDOBS-Clim fremskritt sørover ca 100 km fra 1950 gjennom 2015 (Fig. 1b). Denne generelle utvidelsen er imidlertid ikke konstant i tide. Sahel-områdene opplevde en dramatisk endring fra våte forhold på 1950-tallet til mye tørrere forhold på 1980-tallet, da delvis gjenopprettet etter 1980-tallet. et klimaregimskifte er identifisert i løpet av 1980-tallet 15, 28. Forskjellig fra TIDLIGERE SD-studier, som bare identifiserer en trend for hele studieperioden, året 1984, er identifisert i denne studien som vendepunkter i Henhold Til Eq. (9) for å indikere SD utvidelse-krympende perioder. I samsvar med klimaskiftet har SD en utvidelse på 35 000 km2 / år (p < 0,01, Mann-Kendall test) i løpet av 1950-1984, og en krymping på 12 000 km2 / år (p < 0,01)i 1984-2015 (Fig. 1f). Den største utvidelsen sørover skjer i perioden 1950-1984, med DEN sørlige SD-grensen utvidet med 170 km, og en total utvidelse på 1 200 000 km2 (omtrent to ganger Av Området I Frankrike).
Sahara-Ørkenen (SD) omfang og grenseendring basert på klima-og vegetasjonsindekser. (A) De Nordlige Afrika klimasoner gjennomsnitt over 1950-2015. SD sørlige grense endringer basert på klimaindeks fra (b) observasjon og (c) cfs/SSiB4 simulering i løpet av 1950-2015, og (d) CFS/SSiB4 simulering i løpet av 2015-2050. Observert og simulert (e) tidsserier og (f) trend AV SD-omfang definert av klima-og vegetasjonsindekser. Feilfeltene i (f) indikerer et standardavvik på GRUNN AV LAI-basert ikke–vegetasjonskriterieområde på 0,08-0,12 m2 / m2. * in (f) angir verdien med signifikant nivå ved p < 0,01 (Mann-Kendall test). Figur inkludert kart i (ad) er opprettet AV NCL (versjon 6.6.2, https://www.ncl.ucar.edu).
de simulerte klimaindeksene reproduserer SD-omfanget og endringene i PERIODEN 1950-2015 (Tabell 1). Tidsserien TIL SDCFS / SSiB2-Clim og SDCFS / SSiB4-Clim er godt korrelert MED SDOBS-Clim (Fig. 1e), med de tidsmessige korrelasjonene større enn 0.71 (p < 0,01, fem års løpende gjennomsnitt). CFS-modellene genererer ca 7600 km2/år (CFS/SSiB2, p = 0,02) og 8000 km2/år (CFS/SSiB4, p < 0,01) ekspansjon fra 1950 til 2015, ledsaget av utvidelse av sørlige grenser med 70 km (CFS/SSiB4, Fig. 1c). I mellomtiden reproduserer modellene RIKTIG sd-krympehastighet i løpet av 1984-2015. IMIDLERTID undervurderer både CFS/SSiB2 og CFS/SSiB4 ekspansjonsraten før 1984 med rundt 30%. I Sahel har dyrket mark og beitemark vokst med 30% på 1980-tallet sammenlignet med På 1950-tallet 12 på grunn av overbeiting, avskoging og dårlig arealforvaltning8, 10. Et flermodelleksperiment har vist arealbruk og arealdekningsendring (LULCC) bidrag til tørken i løpet av 1980-tallet, noe som burde forårsake nedbrytning12. Denne menneskeskapte effekten mangler i DENNE CFS-simuleringen, noe som kan føre til undervurdering AV SD-ekspansjonsraten i 1950-1984. Videre viser konsekvent færre endringer i cfs / SSiB2-simuleringen sammenlignet med DET I CFS / SSiB4 I SD og Etter ArcTG betydningen av toveis vegetasjon – klima tilbakemelding i landformendring. CFS-modellene reproduserer opptil 70% av den observerte ekspansjonstrenden i perioden 1950-1984 uten HENSYN TIL lulcc i modeller. I MELLOMTIDEN, I LØPET AV SD-krympeperioden, mens ingen bemerkelsesverdig LULCC oppstod, ER CFS-modeller i stand til å reprodusere den observerte krympende trenden. Derfor dominerer klimafaktorene SD-endringer i forhold til andre effekter, som LULCC.
for fremtidig projeksjon gjennom 2050 med representative Concentration Pathway (RCP) 4.5 scenario Av Intergovernmental Panel on Climate Change 5th Assessment Report (AR5), som BARE CFS er i stand til å gjennomføre, viser de simulerte klimaindeksene at UTEN LULCC VIL SD ytterligere utvide med ca 6000 km2 / år (p = 0,18 FOR CFS/SSiB2 og p = 0,15 FOR CFS/SSiB4). Et asymmetrisk grenseskifte er anslått, med om lag 40 km nordover forskyvning i vest-Sahel og 60 km sørover forskyvning i øst-Sahel (Fig. 1d). I framtidsprognosen anslås sahel-temperaturen å være om lag 1,8 °C varmere enn gjennomsnittet i 1986-2015. Til tross for den forventede økningen i nedbør i midten av det 21. århundre dominerer den oppvarmingsinducerte høye fordampningen og gjør området tørrere og gir EN SD-utvidelse. Varmestress på sahel økosystemet er godt representert I KTC og har viktige implikasjoner for fremtidig projeksjon. I mellomtiden resulterer de projiserte heterogene nedbørsanomali-fordelingene i forskjellige ørkenspredningsrisikoer for ulike Sahel-land.
I Denne studien Har Vi Også brukt vegetasjonsindekser avledet fra observasjon og en kombinert klima-økosystemmodell for å vurdere SD extend og dens endring, noe som gir en klarere geografisk definisjon og kan brukes til å kryss-validere resultatene fra klimaindeksen. Denne økosystemmodellen har blitt grundig evaluert for sin ytelse på nordamerikanske og globale økosystemvariabilitet og trend15,30. Vi benytter en rekke 0,08-0.12 m2 / m2 som ikke-vegetasjonskriterium for å beregne SD-omfanget og avviket med det tildelte LAI-området. De observerte og simulerte gjennomsnittlige geografiske sd-størrelsene (SDOBS-Veg og SDSSiB4-Veg) basert på dette området er henholdsvis 9,5 × 106 km2 og 9,6 × 106 km2, med grenser som nesten sammenfaller med dem basert på deres tilsvarende klimaindekser(Fig . 1a).
SDOBS-Veg starter på 1980-tallet når satellittdata er tilgjengelige og registrerer SD utvinning perioden. I perioden 1984-2015 viser SDOBENE-Veg en reduksjon på 10 000 ± 2000 km2 / år (p < 0.01), nær endringen basert PÅ SDOBS-Clim (12.000 km2/år, Fig. 1e, f). DEN simulerte SDCFS / SSiB4 – Veg er omtrent det samme som klimaindeksen med 8000 ± 800 km2/år (p < 0,01) ekspansjon i perioden 1950-2015. I løpet av 2015-2050 har SDCFS/SSiB4-Veg anslått en 6900 ± 600 km2/år (p = 0,14) utvidelse, nær det som kommer fra klimaindeksen. I tillegg er tidsserien FOR SDCFS/SSiB4-Veg også i samsvar MED SDCFS/SSiB4-Clim med en korrelasjonskoeffisient på 0,73 (p < 0,01) (Fig. 1e, f) for hele perioden 1950-2050.
den sørlige grensen TIL SDCFS / SSiB4-Veg utvides 90 km sørover i løpet av 1950-2015 og vil gå videre 40 km lenger sørover i den østlige Sahel i løpet av 2015-2050. I Vest-Sahel er det ikke anslått noen vesentlig endring i løpet av 2015-2050, forskjellig fra projeksjonen basert på klimaindeks. CFS / SSiB2 bruker spesifisert LAI. Som sådan kan ingen vurdering gjøres basert på vegetasjonsindeksen. Med to definisjoner kryssevaluerer vi usikkerheten ved vurdering/prosjekt SD-utvidelse på grunn av to forskjellige definisjoner og viser at de generelt er konsistente. Noen avvik skyldes sannsynligvis feil i satellittavledede LAI og simulerte klima-og vegetasjonsvariabler over det sparsomme vegetasjonsområdet31.
arktis
den akselererte oppvarmingsraten i polarområdene og intensive samspill mellom klima og vegetasjon, snø og isbre har ført til bemerkelsesverdige endringer i Landtilstanden I ArcTG-området de siste tiårene (Lloyd et al., 2003; Swann et al., 2010; Schaefer et al., 2011; Jørgen et al., 2013; Frost og Epstein, 2014), men rapporter om landformsendring på kontinental skala mangler. Den observerte klimaindeksen viser at Gjennomsnittlig ArcTGOBS-Clim dekker 5,7 × 106 km2 i 1950-2015 (Fig. 2a Og Tabell 1) og er redusert med en hastighet på 14 000 km2 / år (p < 0,01, 16% totalt i denne perioden, om Området British Columbia, Canada) monotont fra 1950 til 2015 som svar på global oppvarming (Fig. 3c, d). Krympehastigheten akselererer etter 1980-tallet. krympingen er ledsaget av grense retrett over Hele Polarsirkelen (Fig. 2b): 60 km mot polene I Nord-Amerika og 40 km mot polene i Eurasia i perioden 1950-2015.
den Arktiske Tundra-Breen (ArcTG) utstrekning og grenseendring basert på klimaindeks. (A) De Arktiske klimasonene var i gjennomsnitt over 1950-2015. ArcTG grenseendringer basert på klimaindeks fra (b) observasjon og (c) cfs/SSiB4 simulering i løpet av 1950-2015, og (d) CFS/SSiB4 simulering i løpet av 2015-2050. Tall inkludert kart i (ad) er opprettet AV NCL (versjon 6.6.2, https://www.ncl.ucar.edu).
utbredelse Og grenseendring basert på vegetasjonsindeks og sammenligning. Endringer Av ArcTG basert PÅ cfs / SSiB4 simulert vegetasjonsindeks under (a) 1950-2015 og (b) 2015-2050. Observerte Og simulerte ArcTG-utbredelse (c) tidsserier og (d) trender basert på klima-og vegetasjonsindekser. * in (d) angir verdien med signifikant nivå ved p < 0,01 (Mann-Kendall test). Tall inkludert kart i (a) og (d) er generert AV NCL (versjon 6.6.2, https://www.ncl.ucar.edu).
modellene gjengir generelt dekningen Av ArcTG og dens endringer basert på klimaindeks i perioden 1950-2015 (Tabell 1). ArcTGCFS / SSiB4-Clim reduseres med 10 000 km2 / år (p < 0,01) i løpet av 1950-2015, med grense retreater med 50 km I Nord-Amerika og 30 km I Eurasia (Fig. 2c), i samsvar med, men lavere Enn ArcTGOBS-Clim. CFS / SSiB2 med spesifiserte vegetasjonsforhold reproduserer imidlertid bare en tredjedel av den observerte og cfs / SSiB4 simulerte reduksjonsraten (Fig. 3d). Mangelen på svart karbonavsetning og klimagassutslipp i CFS kan bidra til avvikene. I Arktis rapporteres menneskeskapt svart karbon på snø å akselerere oppvarmingseffekten ved å øke overflatestrålingspådrivet32. Mangelen på klimagassutslipp på grunn av økt karbon åndedrett kan også bidra til en undervurdering av atmosfærisk oppvarming3, 33. Den forbedrede jord karbon respirasjon kommer fra tint permafrost, hvor mikrobiell forfall øker respirasjon CO2 og metan fluss til atmosfæren. Dette i sin tur forsterker hastigheten på atmosfærisk oppvarming og ytterligere akselerere permafrost degradering, noe som resulterer i en positiv permafrost karbon tilbakemelding. I mellomtiden forårsaker oppvarmingstemperaturen og forhøyet atmosfærisk CO2-konsentrasjon en anrikning av busker og trær i Den Arktiske skog-tundra-økotonen og gir positive tilbakemeldinger. I fremtiden projeksjon for 2015-2050, simulert klima indekser prosjektet om en 17,000 km2/år (p < 0,01) nedgang I ArcTG omfang, med 60 km retrett I Nord-Amerika og 40 km retrett I Eurasia av 2050 (Fig. 2d).
den observerte vegetasjonsindeksen basert på PRODUKTENE FRA CAVM tregrense i år 2003 skisserer de nordligste breddegrader der treslag overlever, som er definert som den geografiske Arktiske tundraen og isbreens sørlige grense. ArcTGOBS-Veg (for året 2003, grønne linjer I Fig. 2a) dekker 7,1 × 106 km2, med et betydelig større område Enn ArcTGOBS-Clim (for året 2003, blå linjer I Fig. 2a) i Vest-Alaska, Canadian Shield, Taymyr Peninsula og Yamal-Halvøya, hvor klimaindeksen synes å foreslå trær fortsatt er i stand til å overleve. Dette skyldes at treelinjedynamikken ikke bare påvirkes av klimaet, men også formidlet av artsspesifikke egenskaper og miljøforhold som permafrost thawing34, noe som forverrer det lokale hydrologiske regimet (for eksempel aktiv lagdybde) og skader rotsystemet som ville forby treet etablering. Disse faktorene vurderes ikke I ArcTGOBS-Clim og ArcTGCFS / SSiB4-Clim og gir lavere arealutbredelsesestimering med disse to indeksene sammenlignet med vegetasjonsindekser. VI kan ikke vurdere enten det langsiktige gjennomsnittet Av ArcTGOBS-Veg-omfanget eller forskuddsraten ved BRUK AV CAVM treeline-produktet siden det bare er for 2003. Tregrenseforskyvningen for det 20. århundre med ulike startdatoer har blitt rapportert i en rekke nettstedsmålinger over circumarctic forest-tundra ecotone1,35,36, noe som indikerer En Arktisk krymping de siste tiårene. Den simulerte ArcTGCFS / SSiB4-Veg dekker 6.8 × 106 km2 i perioden 1950-2015, og dekker 6.5 × 106 km2 for året 2003. Den simulerte ArcTGCFS / SSiB4-Veg krymping har konsistens med de ovennevnte feltmålinger og viser en krympende ArcTG under 1950-2015. ArcTGCFS / SSiB4-Veg boundary retreat viser imidlertid en annen asymmetri i Det Nordamerikanske og Eurasiske kontinentet sammenlignet med det som indikeres av klimaindeksen. Selv Om Den Eurasiske tregrensen skifter 50 km mot polene, i samsvar Med ArcTGCFS / SSiB4-Clim, men ingen signifikant endring i Den Nordamerikanske tregrensen er funnet For ArcTGCFS/SSiB4-Veg (Se Fig. 3a). Avvikene mellom klimaindeks og vegetasjonsindeks i Nord-Amerika tyder på at krympingen Av ArcTGCFS / SSiB4-clim der ikke forårsaker et betydelig tregrense-fremskritt. De artsspesifikke egenskapene og lokale miljøforhold kan også bidra til tregrensen. Faktisk fant nettstedet observasjoner i Det Kanadiske Skjoldet ikke tregrensen i det 20. århundre1. I kontrast, to steder I Tajmyrhalvøya, Sibir, hadde betydelig treeline advance1. Disse nettstedsmålinger synes å være i samsvar med vår simulering. Ytterligere vurderinger med mer data er nødvendig for å redusere usikkerheten. I fremtiden projeksjon, treeline forhånd er spådd på begge kontinenter, med 60 km I Nord-Amerika og 30 km I Eurasia (Fig. 3b), noe som resulterer i en krymping av omfanget med 17 000 km2 / år (p < 0,01, Tabell 1).