【遙感應用】阿拉斯加苔原初冬碳排放源
來源:發(fā)布時間:2018-01-05
2017年5月9日
美國國家航空航天局(NASA)和美國國家海洋與大氣管理局(NOAA)支持的一項新研究結果表明,特別是在初冬時期,溫度變暖和凍土融化問題可能會導致增加阿拉斯加苔原排放到大氣中的二氧化碳。更多的二氧化碳排放到大氣中會加速氣候變暖,進而可能導致更多的二氧化碳從這些土壤中釋放出來。
哈佛大學(位于美國馬薩諸塞州劍橋市)大氣研究人員Roisin Commane牽頭的一篇新論文發(fā)現(xiàn),1975年以來,每年10月至12月間,北部苔原地區(qū)釋放的二氧化碳量增加了70%。Commane和他的同事們分析了NASA北極碳庫脆弱性實驗任務中獲取的3年航空觀測數(shù)據(jù),對阿拉斯加二氧化碳排放空間和季節(jié)分布情況進行評估。他們還研究了基于巴羅(Barrow)的地面塔(最近更名為原名Utqiagvik)的NOAA二氧化碳41年記錄。飛機數(shù)據(jù)提供了前所未有的空間信息,而地面數(shù)據(jù)提供了在北極其他任何地方都沒有的長期測量數(shù)據(jù)。這項研究結果在《美國國家科學院院刊(PNAS)》上發(fā)表。北極北部(北緯60度以上)周圍土壤,含大量以死亡植物未腐爛有機質形式存在的碳。通過幾千年的時間的累積,這個巨大的儲存庫含有足夠的碳,使地球大氣中二氧化碳含量增加1倍。
北極夏季期間,表層土壤解凍,微生物分解有機物質,產生二氧化碳。當10月恢復寒冷溫度時,融化的土層開始冷卻,但是二氧化碳排放的高速率一直持續(xù)到土壤完全凍結。
他指出,過去,土壤的重新凍結可能需要1個月左右的時間,但近年來氣溫升高,阿拉斯加有些地方苔原土壤現(xiàn)在需要3個多月才能完全凍結。他們看到土壤中二氧化碳的排放一直持續(xù)了整個初冬期。
來自科羅拉多州博爾德的環(huán)境科學合作研究所的論文合作者Colm Sweeney表示,來自Barrow的數(shù)據(jù)顯示,在秋末和初冬,大氣二氧化碳和溫度都在穩(wěn)定地增加。這項新研究成果證明了這些長期監(jiān)測站點在驗證微妙反饋方面的重要性,比如二氧化碳的增加,這可能會產生前所未有的變暖放大,這在整個北極已經觀測到。
2012年、2013年和2014年4月至11月期間,NASA北極碳庫脆弱性實驗任務的飛機在阿拉斯加上空測量了大氣中的二氧化碳和其他溫室氣體。這些數(shù)據(jù)連同衛(wèi)星有關植被狀況測量和地面數(shù)據(jù)一起,提供了全年環(huán)境和長期記錄,給予科學家們一幅翔實的區(qū)域碳排放圖畫。
NASA噴氣推進實驗室(JPL)科學家以及CARVE任務首席科學家Charles Miller表明,CARVE(The Carbon in Arctic Reservoirs Vulnerability Experiment)項目的主要目標之一是挑戰(zhàn)以下觀點,即:一旦下雪和陸地表面結冰,二氧化碳呼吸就停止。CARVE飛行證明,在凍土帶地表結冰后的幾個月里,微生物的呼吸作用仍在繼續(xù)。
通過對大氣中二氧化碳和一氧化碳的同時測量,Commane和她的合作者將他們對阿拉斯加碳總預算估值中大氣碳的主要來源分成3類:燃燒化石燃料、森林火災、微生物在土壤中分解有機物。在人口稀少的阿拉斯加,土壤微生物比化石燃料燃燒釋放碳量大,應作為更大的大氣碳源。僅在2013年CARVE實驗中,野火是大氣碳的主要來源。
哈佛大學大氣科學家Steve Wofsy指出,苔原土壤似乎是氣候變化的一個放大器,他們需要仔細監(jiān)測那里的情況,即使在一年的晚些時候,一切看起來都已經凍結和休眠的時期。
沒有參與這項研究的加州圣地亞哥州立大學的Donatella Zona教授提到,整個阿拉斯加地區(qū)都響應氣候變化。地表測量結果顯示,在過去的幾十年里,從北極生態(tài)系統(tǒng)向大氣中流失的碳可能一直在增加。通過對這些寒冷季節(jié)過程進行更好地捕捉,并將之前的小尺度測量結果擴大到更大范圍進行研究。這項研究將幫助科學家改進氣候模型和提高預測北極氣候變化的能力。
Commane、Sweeney、Miller和他們的同事計劃和NASA ABoVE(Arctic-Boreal Vulnerability Experiment)實驗的野外作業(yè)活動一起擴展這項工作,現(xiàn)在正在阿拉斯加和加拿大西北部開展第二季工作。作為ABoVE的1個擴大的努力方向,他們將從4月到10月間每月進行二氧化碳和甲烷空氣含量航空測量工作。
原文題目:Alaska Tundra Source of Early-Winter Carbon Emissions
資料來源:https://www.nasa.gov/feature/jpl/alaska-tundra-source-of-early-winter-carbon-emissions
(王化、劉岳明編譯,殷永元審核)
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