揭示森林在碳封存中的作用

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巴西基于Landsat卫星图像的巴西附近亚马逊的死亡率地图显示了树死亡率的空间模式。

伯克利实验室的研究人员开发了一种分析方法,将卫星图像,仿真建模和实地工作结合起来,以帮助检测森林死亡率模式和趋势,帮助科学家了解森林在碳封存中的作用以及气候变化的影响。

地球的森林对地球进行了一个知名的服务,吸收了从人类活动中排放到大气中的大量二氧化碳污染。但是,当树木被自然骚乱杀死时,如火,干旱或风,他们的衰减也将碳释放回大气层,这使得量化树死亡率至关重要,以了解森林在全球气候系统中的作用。热带旧的旧森林可能在这种吸收服务中发挥着大量作用,但这些森林的树死亡率模式并不了解。

现在,美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的科学家杰弗里·钱伯斯及其同事设计了一种结合卫星图像、模拟建模和艰苦的实地工作的分析方法,帮助研究人员发现森林死亡率模式和趋势。这一新工具将加强对森林在碳封存中的作用以及气候变化对这种干扰的影响的了解。

“二零二氧化碳排放量进入陆地生态系统,但这些过程的细节以及它们将如何应对变化的气候,特别是对于热带森林,”·姆伯斯说。“重要的是,我们更好地了解陆地汇,因为如果它削弱,我们的更多排放将最终在大气中,增加气候变暖速度。为了更好地估计森林的贡献,我们需要更好地了解森林树死亡率。“

Chambers, in close collaboration with Robinson Negron-Juarez at Tulane University, Brazil’s National Institute for Amazon Research (Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia [INPA]) and other colleagues, studied a section of the Central Amazon spanning over a thousand square miles near Manaus, Brazil. By linking data from Landsat satellite images over a 20-year period with observations on the ground, they found that 9.1 to 16.9 percent of tree mortality was missing from more conventional plot-based analyses of forests. That equates to more than half a million dead trees each year that had previously been unaccounted for in studies of this region, and which need to be included in forest carbon budgets.

他们的发现于本周在网上发表《美国国家科学院院刊》(PNAS)发表了一篇题为《亚马孙河中部原始森林景观扰动与演替的稳态镶嵌图》的论文。

“如果这些结果持有大多数热带森林,那么它将表明,因为我们错过了一些死亡率,那么这些森林对净水槽的贡献可能少于以前的研究表明,”Chambers说。“一个古老的生长森林都有一个斑纹的斑块,都在做不同的事情。因此,如果您想了解该系统的平均行为,则需要在比以前更宽的时间间隔内以更大的空间刻度进行更大的空间刻度进行样本。如果你穿过森林或者只学习一个补丁,你就没有看到这个马赛克。你真的需要在景观量表上看森林。“

树木和其他生物是全球碳循环的关键角色,这是一个复杂的生物地球化学过程,碳在大气、海洋、生物圈和地壳之间交换。树木的减少不仅意味着森林吸收碳的能力减弱,而且死树的腐烂也会将二氧化碳释放回大气中。因此,热带生态系统中树木的大规模死亡可以作为一种正反馈机制,加速全球变暖效应。

亚马逊森林周期性地受到激烈的雷暴,可能会带来剧烈的爆发,被认为每小时高达170英里的猛烈风。风暴可以吹掉许多森林的亩;然而,房间和他的团队能够绘制一个更细微的差别描绘风暴如何影响森林。

通过观察风暴前后的卫星图像,科学家们识别出了森林反射率的变化,他们认为这是由于树冠遭到破坏从而导致树木消失。研究人员随后被派到一些被吹倒的地区,计算被风暴吹倒的树木的数量。逐个像素地观察卫星图像(每个像素代表900平方米,相当于一个足球场的十分之一),并将它们与地面观测结果相匹配,他们能够绘制出整个景观的详细死亡率图,这是以前从未做过的。

本质上,他们发现树死亡率在时间和空间中聚集在一起。“这不是排污还是没有污染 - 这是一个渐变,一切之间,”他说。“一些地区有80%的树木,有些有15%。”

在2005年的一次特别猛烈的风暴中,一条超过1000英里长,150英里宽的飑线横跨了整个亚马逊盆地。研究人员估计,有数亿棵树木可能遭到破坏,这相当于亚马逊森林估计的平均年碳蓄积量的很大一部分。这一发现发表在2010年的《地球物理研究快报》上。2005年和2010年,严重的百年一遇干旱还导致亚马逊流域大面积树木死亡。

随着气候变暖预计将带来更严重的干旱和更强的风暴,了解它们对热带和森林生态系统的影响变得更加重要。钱伯斯说:“我们需要建立一个基线,这样我们就能知道在我们改变气候之前这些森林是如何运作的。”

这种新工具也可用于评估其他类型的森林中的树死亡率。在2007年期刊科学中报道的房间和同事飓风卡特里娜飓风杀死或严重受损约3.2亿树。这些树中的碳最终将被释放到大气中作为二氧化碳作为树木分解,大约等于一年内所有美国森林吸收的碳的净量。

超级风暴桑迪(Sandy)和卡特里娜(Katrina)飓风等干扰除了对经济造成重大影响外,还对陆地碳循环、森林树木死亡率和分解产生的二氧化碳排放造成巨大影响。然而,这些过程目前在全球气候模型中并没有得到很好的反映。钱伯斯说:“对树木死亡率的更好理解为改进耦合地球系统模型提供了一条道路。”

除了了解森林如何影响碳循环,新技术也可能在了解气候变化如何影响森林时发挥至关重要的作用。虽然大气二氧化碳浓度几十年来,但我们现在只开始感受温暖的气候的影响,例如熔化冰川,热浪更强的热浪和更暴风雨。

“但随着多年来,这些气候变化信号将从噪音中爆发出来,随着年的日趋越来越快,”Chambers说。“所以,旧的热带森林会发生什么?一方面,通过上升的二氧化碳浓度,它们被施肥到一些未知程度,另一方面,温暖的气候可能会加速树脂死亡率。那么这些过程将在长期赢得:生长或死亡?我们的研究提供了继续使这些关键观察的工具并回答这个问题,因为在未来几年的气候变化流程充分踢球。“

Chambers在PNA纸上的共同作者是伯克利实验室和罗宾逊Negron-Juarez,Daniel Marra,Joerg Tews,Dar Roberts,Gabriel Ribeiro,Susan Trequerore和Niro Higuchi,包括Inpa,Brazil;坦纳大学,美国;Noreca Consulting Inc,加拿大;加州大学在美国圣巴巴拉;和德国的Max Planck生物园艺研究所。yabovip2021

本研究由美国能源部科学与美国国家航空航天局提供资金。

Publication: Jeffrey Q. Chambersa, Robinson I. Negron-Juarezb, Daniel Magnabosco Marrac, Alan Di Vittorioa, Joerg Tewse, Dar Roberts, Gabriel H. P. M. Ribeiroc, Susan E. Trumbored, and Niro Higuchic, “The steady-state mosaic of disturbance and succession across an old-growth Central Amazon forest landscape,” PNAS January 28, 2013; doi: 10.1073/pnas.1202894110

图片:劳伦斯伯克利国家实验室

2评论论“在碳封存中森林作用的揭示”

  1. 我欣赏将在植物摄取中发生的封存量,但发现很难相信它在我们的氛围中二氧化碳平衡条款中的大部分内容将真正存在。真正的问题是海洋的二氧化碳饱和水平是什么?那就是大多数二氧化碳目前在结束的地方,而那个整个生态系统在厕所从海洋中蜿蜒循环,在酸性上,在什么时候海洋要么减慢或停止加吸二氧化碳?这是我不知道的答案吗?

  2. 平均一棵树能吸收多少二氧化碳?这如何量化?
    谢谢你!

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