遥感地球所研究员所在国际合作研究团队发表气候变化的重要研究成果
来源: 许允飞
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2013-04-01

        日前,遥感科学国家重点实验室环境健康遥感室主任曹春香研究员所在的国际研究团队在国际顶级期刊Natural Climate Change上发表了“北半球发现温度和植被的季节性正在消失——温室效应正从北向南扩散”的研究成果。该成果表明,随着地球北部纬度地区冰雪覆盖近年来的递减,北方陆地温度在四个季节都呈现不同比率的增长趋势,从而导致了这些区域的温度和植被的季节性明显消失的现象。研究证明了地球北部的温度和植被趋向于30年前向南漂移了几个纬度的特征。

图 1相对于1951-1980,地球在2081-2090年间的温度变化情况

 

        这项研究由美国国家宇航局(NASA)资助。来自美国波士顿大学、中国遥感科学国家重点实验室、美国阿拉斯加大学、瑞典皇家科学院等7个国家17个科研机构的21名研究人员,利用新改进的地面和卫星数据集,对地球北部纬度地区的温度变化和植被生产力之间的关系进行的详细调查研究。中国科学院遥感与数字地球研究所曹春香研究员领导她的团队成员倪希亮、陈伟等作为主要研究人员参与了此项科学研究。

        北半球气候变暖的季节性消失

        关于温室效应扩散现象,本研究第一作者、波士顿大学地球与环境系Ranga Myneni教授指出:“温室效应是由大气中不断增多的温室气体引起(如水蒸气、二氧化碳、甲烷),导致地球表面以及周围空气变暖。变暖减小了极地海洋冰雪在北冰洋周围陆地覆盖,从而使得地表不再反射大量太阳能量,使得地球吸收的太阳能量总量不断增加。这就形成了气候变暖和海洋冰雪减少之间正强化循环关系,使得温室效应不断扩散。”

        本研究的另一第一作者、波士顿大学博士生徐良指出:“在加拿大与美国北部的环极地区域,气候变暖扩散随着时间的推移温度季节性不断减小,这主要因为寒冷的季节比夏季变暖更快”。

        本研究团队利用纬度对季节性变化进行测量。首先为观测值定义参考纬度,然后定量化研究这些参考廓线随着时间的季节性变化。

        北部纬度地区植被季节性随温度升高而减小,植被向南扩展

        主要研究人员曹春香研究员说:“由于地面解冻季节气候变暖趋势加强,地球北部纬度地区的植被生长可获取的热量总量也相应增多。这使得过去30年超过1/3的地球北部土地(大于9百万平方公里,与美国国土面积大体相当)生长力旺盛的植被大量生长,类似的植被也更向南漂移。”

        来自美国阿拉斯加大学、本研究的联合作者,Terry Chapin教授和Emeritus教授说:“以20世纪80年代初作为参照,北极植被生长周期与北纬64度以北的陆地植被生长周期相同。距离上世纪80年代30年的今天,北极植被生长周期与北纬57度以北的陆地植被生长周期相同,可见植被季节性向南移动了大约7纬度。”另一来自美国阿拉斯加大学的联合作者Eugenie Euskirchen教授说:“研究结果表明在过去30年间温度和植被的季节性大约减小了4到7纬度。”

        来自瑞典皇家科学院和英国谢菲尔德大学的联合作者Terry Callaghan教授说:“植被季节性的减小导致了北极附近的绿度增加,在整个环北极区域几个区域随着高大灌木增多及森林的出现,导致绿度不断增加。”他指出,“北美不如欧亚大陆在极圈附近的变绿现象那么显著”。

        本研究的主要发现是尽管在过去30年北极区域和北极以外的北方区域的温度季节性减小保持着几乎稳定的速度,但是北极变绿速度加快,北方区域的变绿速度减慢。本研究的联合作者、来自挪威自然研究所的Hans Tømmervik高级研究员说:“这或许暗示着随着温室效应的扩散——包括冻土层解冻、频繁的森林火灾、虫害爆发、夏季干旱,在北方一些区域生长季变暖和植被生产力的分离已经开始。”

        气候变暖的季节性消失将带来的影响

        本团队研究分析预测了未来可能存在的问题,例如基于17种最先进的气候模型模拟,截止到本世纪末在这些区域温度季节性的消失相对于1951-1980这段时间可能超过20度;这17种模型模拟得到2001-2010年这段时期的温度季节性的消失要比实际观测值要小。来自于波士顿大学地球与环境系的联合作者Bruce Anderson教授说:“由于我们对不同大气浓度的气候变化驱动力实际轨迹还不完全清楚,长时间的预测结果需要非常慎重地进行解释。”

        温度季节性的变化将通过改变生态系统服务(例如木材和传统食物)影响局部生态环境。这也会使得与温室气体排放相关的生态系统服务改变,进而影响全球的生物群落。本研究联合作者之一,法国巴黎气候和环境科学实验室Philippe Ciais副主任说:“地球北部陆地土壤能够释放大量的温室气体,这些温室气体目前正保存在永久性冻土中。这些土壤大规模解冻具有加速温室效应扩散的潜力。”

图 2冒纳罗亚火山观测站得到的大气CO2浓度(1958-2013)


        来自于美国马里兰洲美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的高级研究员Compton Tucker博士说:“地球上很多生物体的生活方式与温度以及食物可获得性的季节性变化密切相关,因为陆地上的所有食物最初都是从植被中获得。考虑到北极夏天鸟类的迁徙和冬天熊类的冬眠:温度和植被的季节性中任何重大改变都可能以我们不知道的方式影响生命体,不仅是在地球北部,地球其他任何地方都是如此。”

 

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      http://dx.doi.org/ (Doi:10.1038/NCLIMATE1836)

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      http://www.nature.com/nclimate/index.html

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      http://cliveg.bu.edu/greeningearth/ssnltydim/ssnlty-dim.html