«Хотя в настоящее время мы можем делать довольно надежные прогнозы погоды, такие как, например, пятидневные прогнозы, у нас нет хорошей прогнозной силы в субсезонном или сезонном масштабе времени, что важно для продовольственной безопасности», — говорит Джентин. «Более точно наблюдая и моделируя обратную связь между фотосинтезом и атмосферой, как мы это делали в нашей статье, мы сможем улучшить прогнозы климата в более длительных временных масштабах».Растительность может влиять на климат и погодные условия из-за выделения водяного пара во время фотосинтеза. Выброс пара в воздух изменяет потоки поверхностной энергии и приводит к потенциальному образованию облаков. Облака изменяют количество солнечного света или излучения, которое может достигать Земли, влияя на энергетический баланс Земли, а в некоторых областях может привести к выпадению осадков. «Но до нашего исследования исследователи не могли точно количественно оценить в ходе наблюдений, насколько фотосинтез и биосфера в целом могут влиять на погоду и климат», — говорит Джулия Грин, аспирант Джентина и ведущий автор статьи.
Недавние достижения в спутниковых наблюдениях за флуоресценцией, индуцированной солнечным светом, косвенным показателем фотосинтеза, позволили команде сделать вывод об активности растительности. Они использовали данные дистанционного зондирования осадков, радиации и температуры для представления атмосферы. Затем они применили статистический метод, чтобы понять причину и петлю обратной связи между биосферой и атмосферой.
Это первое исследование, посвященное взаимодействию суши и атмосферы с целью определения как силы механизма прогнозирования между переменными, так и временного масштаба, в течение которого эти связи возникают.Исследователи обнаружили, что существенные петли обратной связи между растительностью и осадками часто возникают в полузасушливых или муссонных регионах, по сути, в горячих точках, являющихся переходным звеном между ограничением энергии и воды. Кроме того, сильная обратная связь между биосферой и излучением часто присутствует в нескольких умеренно влажных регионах, например, в восточной части США и в Средиземноморье, где осадки и радиация увеличивают рост растительности.
Рост растительности усиливает теплопередачу и увеличивает высоту пограничного слоя Земли, самой нижней части атмосферы, которая очень чувствительна к поверхностному излучению. Это увеличение, в свою очередь, влияет на облачность и поверхностную радиацию.«Современные модели земной системы недооценивают эти обратные связи осадков и радиации, главным образом потому, что они недооценивают реакцию биосферы на радиацию и реакцию водного стресса», — говорит Грин. «Мы обнаружили, что обратные связи между биосферой и атмосферой группируются в горячих точках в определенных климатических регионах, которые также совпадают с районами, которые являются основными континентальными источниками и поглотителями СО2. Наше исследование демонстрирует, что эти обратные связи также важны для глобального углеродного цикла — они помогают определить чистый баланс CO2 в биосфере и имеет значение для улучшения важнейших управленческих решений в сельском хозяйстве, безопасности, изменении климата и многом другом ».
Джентин и его команда сейчас изучают способы моделирования того, как взаимодействия биосферы и атмосферы могут изменяться при изменении климата, а также узнают больше о движущих силах фотосинтеза, чтобы лучше понять атмосферную изменчивость.Пол Дирмейер, профессор кафедры атмосферных, океанических и земных наук в Университете Джорджа Мейсона, который не участвовал в исследовании, отмечает: «Грин и др. Выдвинули интригующую и захватывающую новую идею, расширяя наши измерения атмосферы суши. обратная связь, главным образом, от явления водного и энергетического циклов, включая биосферу, как в ответ на климатическое воздействие, так и в качестве принуждения к ответной реакции климата ".
