Дайджест за март 2024 г.: обзор последних исследований в области газообмена между поверхностью и атмосферой

Новости проекта

Американские исследователи сравнили восходящие и нисходящие модели углеродного баланса и продемонстрировали значимость масштаба для точности оценок

Исследование сравнивает оценки поглощения углерода, полученные с помощью восходящих моделей наземной биосферы (TBM) и нисходящих атмосферных инверсий, чтобы понять, насколько точно мы можем оценить обмен CO2 между атмосферой и наземной биосферой. Отличие от предыдущих исследований заключается в том, что они анализируют данные на более мелких пространственных масштабах, что помогает лучше понять причины несоответствий между оценками.

Главные выводы:

• TBM обеспечивают более последовательные оценки чистого экосистемного обмена (NEE) по сравнению с инверсиями на большинстве регионов и масштабов.
• Применение фильтров на основе метрик атмосферного CO2 сокращает разброс оценок в ансамблях TBM, но не влияет на инверсии. Это указывает на то, что разброс в оценках ансамбля не всегда является надежным показателем неопределенности в углеродном балансе.
• Использование атмосферных метрик CO2 позволяет получить более согласованные оценки потоков между моделями TBM и инверсиями.

Эти результаты подчеркивают важность многомасштабного анализа для улучшения понимания биосферного углеродного баланса и для информирования о региональных климатических обратных связях, связанных с углеродом.

Исследование опубликовано в журнале Biogeosciences

Исследователи изучили эмиссию N2O из листвы растений и продемонстрировали её значимое влияние на глобальный уровень парниковых газов

Исследование показало, что наземные растения, включая деревья, кустарники и травы, могут выделять закись азота (N2O) из своих листьев в естественных условиях. Выделенный N2O в основном происходит из нитрата и стимулируется действием эндофитных бактерий. Сезонные показатели эмиссии N2O варьируются от 3,2 до 9,2 нг N2O-N на грамм сухой листвы в час. Оценка глобальной эмиссии N2O из листвы составляет примерно 1,21 и 1,01 Тг N2O-N в год, что составляет 6-7% от общемировой годовой эмиссии N2O. Эти данные указывают на то, что эмиссия N2O из листвы является универсальным процессом для наземных растений и существенно влияет на глобальный уровень N2O, что подчеркивает необходимость дальнейших измерений и исследований этого процесса для разработки мер по его снижению.

Исследование опубликовано в журнале Global Change Biology

Европейская группа исследователей провела опрос и выявила мнения ученых о преимуществах и недостатках ценообразования на углерод

Исследование анализирует мнения ученых из различных дисциплин о ценообразовании на углерод, используя ответы на три открытых вопроса от почти 800 исследователей, публикующих работы по климатической политике. С помощью методов вычислительной лингвистики исследователи классифицировали мнения о сильных и слабых сторонах углеродного ценообразования. Основные выявленные преимущества включают его эффективность в сокращении выбросов, четкие инвестиционные стимулы и децентрализацию политики. В то же время, среди недостатков упоминаются потенциально регрессивное воздействие на домохозяйства, низкая социально-политическая поддержка и возможность манипулирования. Отмечается, что не все из этих восприятий соответствуют установленной теории и эмпирическим данным. Исследование также собирает предложения для будущих исследований, включая улучшение общественного понимания углеродного ценообразования и его политическую приемлемость. Особое внимание уделяется анализу того, как восприятие углеродного ценообразования связано с академическим опытом, полом, ВВП на душу населения и важностью углеродного ценообразования для участников опроса, что помогает выявить ключевые различия в восприятиях в научном сообществе и может способствовать достижению большего консенсуса в климатической политике.

Исследование опубликовано в журнале Environmental Research Letters

Эксперты проанализировали глобальные запасы отходов биомассы и продемонстрировали их роль в сокращении парниковых газов

Исследование оценивает потенциал анаэробного сбраживания как биоэнергетической технологии для достижения нулевых выбросов углекислого газа путём преобразования органических веществ в биометан и биогенный CO2. При использовании технологии BECCS (биоэнергия с улавливанием и хранением углерода), CO2 отделяется от биометана и надёжно хранится, что позволяет компенсировать трудно сокращаемые выбросы. В работе представлена количественная оценка глобальных запасов отходов биомассы, доступных для производства биометана и удаления углекислого газа, и выявлено, что такие отходы не влияют на землю, воду и биоразнообразие, способствуя устойчивому развитию BECCS и сохранению плодородия почв. Отмечено, что возможно использование до 1,5 Гт CO2 в год, или 3% от глобальных выбросов парниковых газов, для CDR, а также производство до 10 700 ТВт-ч биоэнергии в год, что составляет 10% от мирового потребления энергии и 27% от мирового предложения природного газа. Это исследование подчеркивает важность отходов биомассы в усилиях по смягчению климатических изменений и их возможность внести значительный вклад в снижение выбросов без необходимости использования больших площадей для выращивания биомассы.

Исследование опубликовано в журнале Environmental Research Letters

Учёные из Нидерландов применили автоматические камеры на торфяниказ и обнаружили ключевую роль WIS в управлении парниковыми газами

В данном исследовании анализируются выбросы CO2 на осушенных торфяных землях в Нидерландах. Основная цель - оценить взаимосвязь между глубиной уровня грунтовых вод (WTD) и эмиссией CO2, а также проверить эффективность систем инфильтрации подпочвенных вод (WIS), которые используются для повышения уровня грунтовых вод в засушливые периоды и снижения окисления торфа. Исследование проводилось на 12 участках торфяных пастбищ в Нидерландах с использованием автоматических прозрачных камер для измерения потоков CO2. Полученные данные показали, что системы WIS способствуют уменьшению выбросов CO2, сохраняя при этом сельскохозяйственное использование земель. Чистый экосистемный баланс углерода (NECB) для участков с WIS и без них составил в среднем 2,69 и 3,60 т CO2-C га-1 год-1 соответственно. Взаимосвязь между годовым открытым углеродом и NECB оказалась более значимой, чем между WTD и NECB. Исследование подчеркивает важность многолетних измерений для достоверной оценки влияния WIS на динамику выбросов CO2.

Исследовательская группа из Греции продемонстрировала необходимость климатических услуг для сельскохозяйственного сектора

Статья рассматривает климатические услуги как средство адаптации к изменению климата, особенно акцентируя внимание на сельскохозяйственный сектор. Авторы подчеркивают, что изменение климата негативно сказывается на различных областях человеческой деятельности, и важность адаптации к этим изменениям с каждым днём становится всё более актуальной. Климатические услуги включают в себя исследования и оперативные мероприятия, направленные на предоставление специализированных данных и информации (прогнозы, оценки, рекомендации), которые помогают пользователям осознанно реагировать на климатические риски и использовать возникающие возможности для эффективного управления рисками. В статье стремятся детально описать основные аспекты климатических услуг и их значимость для различных сфер деятельности, с особым вниманием к восприимчивому к изменениям климата сельскохозяйственному сектору.

Исследование опубликовано в журнале Climate

Исследователи применили методы машинного обучения для картографирования запасов органического углерода в почве

В данном исследовании предложена новая система для улучшения карт запасов органического углерода в почве (SOC) в США, используя сочетание неконтролируемой многомерной географической кластеризации (MGC) и контролируемой регрессии Random Forests. Исследование началось с применения MGC для разделения территории США на 20 регионов по сходству ковариатов, включающих почвенные биогеохимические, биоклиматические, биологические и физико-географические переменные. Затем для каждого из этих регионов были обучены отдельные модели Random Forests с использованием экологических ковариат и данных наблюдений за SOC. Полученные оценки запасов SOC находятся в пределах диапазона значений, определенных существующими данными, но независимая проверка показала, что новый подход более эффективен по сравнению с другими используемыми методами. Анализ неопределенности выявил регионы, требующие дополнительных измерений. Этот подход позволяет лучше отражать неоднородные связи между доступными предикторами и текущими значениями SOC в различных регионах, предоставляя надежные оценки SOC с разрешением 1 км для использования в моделях системы Земли.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Biogeosciences

Учёные провели наблюдения за CO2 на солончаках и показали, как сезонные изменения влияют на поглощение углерода

В исследовании анализируется влияние природных факторов на обмен атмосферного углекислого газа (CO2) в умеренном солончаке на атлантическом побережье Франции. Солончаки, являясь значительными поглотителями CO2, играют важную роль в глобальном углеродном цикле из-за их высокой первичной продуктивности. В исследовании использовалась методика пульсационных измерений для определения чистого экосистемного обмена (NEE) на суточной, приливной и сезонной основе, а также для анализа влияющих на этот процесс биофизических факторов.

В течение 2020 года было установлено, что чистый углеродный баланс солончака составил -483 грамма углерода на квадратный метр в год. Валовая первичная продукция (GPP) и дыхание экосистемы (Reco) составили 1019 и 533 грамма углерода на квадратный метр в год соответственно. Наибольшее поглощение CO2 наблюдалось весной в период активного роста галофитных растений, что коррелировало с благоприятными условиями для фотосинтеза, такими как высокая освещенность и умеренная температура. Летом, несмотря на высокую активность растений, увеличение температуры и снижение влажности приводили к усилению дыхания экосистемы, что снижало общее поглощение CO2.

Исследование также показало, что солончак служит поглотителем CO2 в дневное время и источником CO2 в ночное время, независимо от приливных циклов. Однако дневное затопление значительно снижало поглощение CO2 (до 90%), тогда как ночное затопление могло полностью подавлять выделение CO2 экосистемой, иногда даже превращая солончак из источника в поглотитель CO2. При годовом рассмотрении приливное затопление не оказывало значительного влияния на чистый углеродный баланс солончака, поскольку годовые балансы измеренного NEE и оценочного NEE без учета приливного затопления были схожи.

Исследование опубликовано в журнале Biogeosciences

Команда исследователей оптимизировала параметры модели выбросов метана, достигнув значительного снижения ошибок

В исследовании применяется метод ассимиляции данных с использованием адаптивного алгоритма Монте-Карло для марковских цепей (MCMC) для калибровки параметров модели LPJ-GUESS на основе наблюдений за потоками метана (CH4) на 14 болотах бореальной и умеренной зон. Целью было получение унифицированного набора калиброванных значений параметров, которые в дальнейшем использовались для проверки модели на пяти различных типах водно-болотных угодий. Результаты показали значительное уменьшение функции потерь на 95% и снижение среднеквадратичной ошибки (RMSE) на 50%. Эксперименты по валидации подтвердили эффективность метода: в четырех из пяти случаев удалось снизить RMSE. Это исследование демонстрирует возможности использования сложных статистических методов для улучшения точности моделей выбросов метана из влажных земель различных климатических зон.

Американские ученые исследовали потоки CO2 и водяного пара по данным AmeriFlux и продемонстрировали межгодовые колебания в экосистемах

Сеть AmeriFlux более двух десятилетий занимается изучением дыхания биосферы, что предполагает измерение плотности потоков углекислого газа и водяного пара между экосистемами и атмосферой. Эта сеть включает в себя как природные, так и управляемые экосистемы, распространенные в различных климатических и экологических условиях. Основываясь на данных открытого доступа, сеть AmeriFlux сделала ключевые выводы, касающиеся межгодовой изменчивости, тенденций и величины потоков углекислого газа, а также реакции на биофизические факторы и экстремальные события. Долгосрочные измерения позволили получить количественные оценки реакции экосистем на климатические изменения, включая потепление, повышение уровня CO2 и изменения в распределении осадков. В обзоре подчеркивается важность долгосрочных исследований для понимания воздействия изменений климата на экосистемы в будущем.

Сеть AmeriFlux, используя метод пульсационных измерений, проводит квазинепрерывные измерения потоков углерода, воды и энергии над различными типами земельных участков в на американских континентах. Проект AmeriFlux поддерживает сообщество, предоставляя услуги калибровки, сравнение датчиков и хостинг базы данных. База данных AmeriFlux, содержащая более 3000 лет-сайтов данных с более чем 460 локациями, активно используется для различных научных исследований и валидации моделей наук о Земле.

Литературный обзор AmeriFlux охватывает широкий спектр тем, связанных с взаимодействием биосферы и атмосферы, и предоставляет информацию о том, как парниковые газы изменяются во времени и пространстве. Исследования включают анализ годовых углеродных бюджетов различных экосистем, трендов и межгодовой изменчивости углеродных и водных потоков в условиях глобального потепления, а также реакции на биофизические движущие силы и экстремальные события.

Исследование опубликовано в журнале Agricultural and Forest Meteorology