• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Nowe życie modeli klimatycznych

    07.07.2010. 20:12
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Odkrycia dokonane w ramach dwóch, zakrojonych na szeroką skalę projektów finansowanych ze środków unijnych zmienią sposób postrzegania przez naukowców zależności między klimatem Ziemi a obiegiem węgla. Jeden z raportów określa szacunkowo całkowitą fotosyntezę (która pochłania dwutlenek węgla - CO2), jaka zachodzi każdego roku, a drugi określa ilościowo wpływ temperatury na globalną respirację (która uwalnia CO2). Nowe dane szacunkowe znacznie poprawią istniejące modele wykorzystywane do badania interakcji między CO2 a klimatem.

    Obydwa badania otrzymały dofinansowanie z projektu CARBOEUROPE IP (Ocena lądowego bilansu węglowego w Europie), dofinansowanego na kwotę 16,3 mln EUR z tematu "Zrównoważony rozwój, zmiany globalne i ekosystemy" Szóstego Programu Ramowego (6PR). Partnerzy projektu CARBOEUROPE IP dążą do poznania, ilościowego ujęcia i prognozowania lądowego bilansu węglowego w Europie. Ponadto naukowcy wykorzystali dane międzynarodowej inicjatywy FLUXNET, która również otrzymała dofinansowanie ze środków unijnych na monitorowanie wymiany CO2 między ekosystemami na Ziemi a atmosferą.

    W ramach jednego z międzynarodowych badań, prowadzonych przez naukowców z niemieckiego Instytutu Biogeochemii im. Maxa Plancka, przeanalizowano Produkcję Pierwotną Brutto (GPP) Ziemi - całkowitą ilość CO2, jaką rośliny lądowe zużywają każdego roku na fotosyntezę. Christian Beer wraz z kolegami wyjaśnia, że obok respiracji GPP jest jednym z głównych procesów decydujących o wymianie CO2 między lądem a atmosferą. Jako taka wyposaża ekosystemy lądowe w zdolność częściowego równoważenia antropogenicznych emisji CO2. Do tej pory możliwe były jedynie przybliżone szacunki globalnej, lądowej GPP oparte na obserwacjach.

    "Poznanie czynników sterujących GPP rozmaitych ekosystemów lądowych ma istotne znaczenie, ponieważ my ludzie korzystamy z wielu funkcji ekosystemów, np. do produkcji drewna, włókien czy żywności" - wyjaśnia dr Beer. "Poza tym taka wiedza jest ważna w kontekście zmian klimatu, jako konsekwencji emisji CO2 ze spalania paliw kopalnych, gdyż roślinność znacznie moduluje wymianę gazów cieplarnianych, wody i CO2 między lądem a atmosferą."

    Naukowcy wykorzystali nowe strumienie danych i połączyli moc pięciu różnych modeli diagnozowania, aby zbadać GPP w latach 1998-2005. Zgromadzili ogromne ilości danych z sieci FLUXNET, która koordynuje regionalne i globalne analizy wyników obserwacji prowadzonych na stanowiskach wież mikrometeorologicznych. Na tych stanowiskach wykonuje się pomiary wymiany CO2, pary wodnej i energii między ekosystemami lądowymi a atmosferą. Dr Beer wraz z kolegami ocenia, że rośliny lądowe usuwają z atmosfery rok rocznie 123 mld ton CO2.

    Naukowcy ustalili również, że absorpcja CO2 jest najwyraźniejsza (34%) w lasach tropikalnych, a sawanna odpowiada za około 26% absorpcji CO2 na świecie. Poziom opadów jest istotnym czynnikiem w szacowaniu GPP, gdyż ma wpływ na ilość dwutlenku węgla, jaką rośliny wykorzystają do fotosyntezy na ponad 40% terenów pokrytych roślinnością. To odkrycie ma szczególne znaczenie, bowiem obserwuje się znaczne różnice między tradycyjnymi modelami klimatycznymi, gdzie niektóre z nich przeszacowują wpływ opadów na GPP.

    "Poczyniliśmy olbrzymi postęp w ramach tych badań, korzystając z mnóstwa danych z sieci FLUXNET, obok teledetekcji i ponownej analizy klimatu" - mówi dr Beer. "Dzięki oszacowaniu globalnej GPP możemy wykonać dwie rzeczy: porównać nasze wyniki z modelami procesów [systemu Ziemi] i przeprowadzić dalszą analizę korelacji między GPP a klimatem."

    Dokładny wpływ temperatury powietrza na globalną respirację (na skutek której organizmy zwracają CO2 do atmosfery), powszechnie określaną jako Q10, jest przedmiotem długoletniej debaty. Większość badań sugeruje, że globalna respiracja jest bardzo wrażliwa na temperaturę, niemniej większość modeli predykcyjnych sugeruje co innego.

    W ramach innych badań międzynarodowych, prowadzonych pod kierunkiem dr Miguela Mahecha, również z Instytutu Biogeochemii im. Maxa Plancka, ustalono skutki krótkoterminowych zmian temperatury powietrza przy uwalnianiu CO2 przez rośliny z powrotem do atmosfery. Naukowcy dowodzą na podstawie obserwacji przeprowadzonych na 60 różnych stanowiskach FLUXNET, że wartość Q10 jest autonomiczna w stosunku do średnich, globalnych temperatur, niezależnie od specyficznych warunków ekosystemu. Jedną z wad wcześniejszych modeli predykcyjnych, jaką zauważyli naukowcy, była niezdolność do wprowadzenia spójnych skal czasowych.

    Dr Mahecha wraz z kolegami przeanalizował respirację 60 różnych ekosystemów w dokładnie tej samej skali czasowej i określił wartość Q10 na 1,4. Badania przynoszą dowody na istnienie uniwersalnej, wewnętrznej wrażliwości respiracji ekosystemów lądowych na temperaturę. W perspektywie długofalowej dodatkowe czynniki, takie jak wolna przemiana dwutlenku węgla w glebie i dostępność wody, również odgrywają kluczową rolę w bilansie węglowym.

    "Nasze kluczowe odkrycie polega na tym, że stosunek krótkoterminowej wrażliwości respiracji ekosystemów na temperaturę i temperatury powietrza zbiega się w jedną, globalną wartość " - wyjaśnia dr Mahecha. "W przeciwieństwie do wyników wcześniejszych badań pokazujemy, że wrażliwość respiracji ekosystemów na zmiany temperatury wydaje się być niezależna od czynników zewnętrznych i stała w ekosystemach. Innymi słowy odkryliśmy generalną zależność między zmianą temperatury a respiracją ekosystemów... Nasze odkrycia godzą pozorne sprzeczności między modelowaniem a badaniami w terenie."

    W ujęciu ogólnym nowe szacunki przyczynią się do udoskonalenia modeli predykcyjnych, które umożliwią naukowcom ilościowe określenie wpływu obiegu węgla na stale zmieniający się klimat na Ziemi. Odkrycia wyposażają naukowców w ważne narzędzia do lepszego poznawania ekosystemów na świecie.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Pustynia – teren o znacznej powierzchni, pozbawiony zwartej szaty roślinnej wskutek małej ilości opadów i przynajmniej okresowo wysokich temperatur powietrza, co sprawia, że parowanie przewyższa ilość opadów. Na gorących pustyniach temperatury sięgają do 50 °C (najwyższa zanotowana temperatura to 57,7 °C), nocą zaś dochodzą do 0 °C, charakterystyczne są dla nich też znaczne amplitudy dobowe temperatury, stały deficyt wilgotności oraz silne nasłonecznienie. Reanaliza meteorologiczna (reintegracja) to powtórne przeanalizowanie długich szeregów czasowych pomiarów meteorologicznych (np temperatury ziemi) w skali globu lub w skali regionalnej. Ma na celu odrzucenie błędnych wyników pomiarowych i integrację danych pomiarowych z różnych obserwacji. Reanaliza meteorologiczna umożliwia badanie zmian klimatu na podstawie pomiarów, a nie badanie zmian wynikających z innych czynników takich jak zmiany technik pomiarowych. Atmosfera wzorcowa, atmosfera standardowa (ang. International Standard Atmosphere, ISA) – pionowy, umowny rozkład ciśnienia, temperatury, gęstości i lepkości kinematycznej powietrza oraz prędkości dźwięku przyjęty za wzorzec międzynarodowy do porównywania wyników badań statków powietrznych i zespołów napędowych przeprowadzanych w różnych warunkach. Parametry atmosfery wzorcowej są obliczane przy założeniu, że atmosfera jest układem statycznym, powietrze jest gazem suchym, a jego skład chemiczny nie zależy od wysokości. Ponadto przyjmuje się stałe wartości graniczne dla wysokości równej poziomowi morza:

    Instrumentalne pomiary temperatury - w meteorologii i klimatologii, pomiary temperatury atmosfery i oceanów bezpośrednio z użyciem termometrów. Wystarczające dane do określenia średniej temperatury globu, zwanej temperaturą globalną, istnieją od około 1850 roku. Skala podobieństwa do Ziemi (ang. ESI - Earth Similarity Index) – skala, za pomocą której określane jest podobieństwo planet do Ziemi. ESI jest funkcją obwodu, gęstości, prędkości ucieczki i temperatury powierzchni planety. Wartość zerowa oznacza brak podobieństwa, jeden – identyczność. Wartości od 0,8 do 1 nadawane są planetom bardzo podobnym do Ziemi ze stałą, skalną powierzchnią, stabilną atmosferą zdolną do utrzymywania odpowiedniej temperatury.

    Pod pojęciem klimat rozumie się średni stan atmosfery i oceanu w skalach od kilku lat do milionów lat. Zmiany klimatu wynikają z czynników zewnętrznych takich jak ilość dochodzącego promieniowania słonecznego lub czynników wewnętrznych takich jak działalność człowieka (zmiany antropogeniczne) lub wpływ czynników naturalnych. W ostatnich latach termin „ogólna zmiana klimatu”, używany jest w kontekście globalnego ocieplenia i wzrostu temperatury na powierzchni Ziemi, ale rozważane są scenariusze powodujące oziębienie powierzchni Ziemi (np. wywołane odbiciem energii słonecznej od zwiększonej pokrywy chmur lub aerozoli atmosferycznych). Zakwaszenie środowiska – zjawisko postępującego zmniejszania się wartości pH poszczególnych elementów środowiska przyrodniczego – określonych ekosystemów (np. leśnych, wodnych, rolniczych z ich agrocenozami), albo całej biosfery – zachodzące wskutek zakłócenia stanu ekologicznej równowagi procesów wymiany energii i materii między elementami ekosystemów, wewnątrz poszczególnych geosfer (hydrosfera, atmosfera, pedosfera) lub między nimi – w ramach ziemskiej biosfery.

    Amplituda temperatury – wielkość charakteryzująca zmiany temperatury np. powietrza. Jest to różnica między największą a najmniejszą zmierzoną wartością temperatury w danym okresie. Pionowy gradient temperatury – zjawisko zmiany temperatury wraz z wysokością w atmosferze a także wielkość określająca zmianę temperatury w atmosferze ziemskiej, przypadającą na jednostkę wysokości. Zazwyczaj jest wyrażany w stopniach Celsjusza na 100 metrów wysokości (°C/100 m).

    Dodano: 07.07.2010. 20:12  


    Najnowsze