Подготовлено: Валентиной Дельконте (OpenGeoHub) и Кармело Бонаннелла (OpenGeoHub)
Биомы, большие сообщества растительности и диких животных, приспособленные к определенному климату, как и многие живые системы, динамичны и находятся в постоянном движении. В последнее время возрос интерес к пониманию последствий изменения климата для биомов будущего (например, 2040, 2060 и далее). Изменение климата является одной из самых больших угроз для человеческой цивилизации, с медленно накапливающимися последствиями и неизвестной нестабильностью перед нами и будущими поколениями. Это также повлияет на глобальное распространение и устойчивость биомов. Но не все биомы будут одинаково затронуты изменением климата. Машинное обучение может сказать нам, где и когда изменение климата больше всего изменит экосистемы: к концу века на нашей планете может стать меньше лесов, говорится в новом исследовании.
Повышение температуры из-за антропогенной деятельности меняет экосистемы и распределение живых сообществ на Земле на протяжении поколений.Ученые задокументировали бесчисленные случаи местного вымирания, вызванного сокращением ресурсов или жесткой конкуренцией с инвазивными видами и , в конечном счете, за счет изменения температуры и режима осадков. Соединяя эти истории вместе в глобальном контексте,эксперты смогли отследить сдвиги целых географических ареалов для отдельных видов или целых биомов, подчеркнув, что степень этих преобразований может открыть новые границы.
В недавнем исследовании, которое теперь доступно в виде препринта под руководством Кармело Бонаннелла, кандидата наук в OpenGeoHub, выяснилось, что к 2080 году леса претерпят серьезные изменения, независимо от прогнозируемого повышения температуры: Ожидается, что больше всего сместятся биомы тропических и субтропических биомов, особенно влажных тропических лесов: ожидается, что в ближайшие 60 лет потенциальное распространение этих биомов уменьшится в сторону биомов саванн и пастбищ, процесс, называемый «саваннизацией”.
Напротив, ожидается, что биомы, расположенные в более высоких широтах, такие как бореальные леса, испытают расширение своего потенциального распространения в будущие периоды времени «за счет полярных биомов» согласно результатам исследования. исследование.
При разработке этого исследования авторы намеревались создать карты, которые можно использовать для обнаружения горячих точек изменений, из которых затем может расширяться сдвиг в экосистеме. Однако, как объяснил Бонаннелла, существует множество факторов, влияющих на надежность прогнозов, таких как ограниченное количество исследований с использованием машинного обучения для биомов, отсутствие наземных данных из менее обследованных регионов и общие неопределенности, связанные с моделями климата: Мы хотели предоставить согласованные прогнозы будущей естественной растительности при различных климатических сценариях, поэтому мы включили оценки неопределенности для каждого прогноза, чтобы обеспечить тщательную интерпретацию наших результатов. В целях этого исследования группа считала, что естественная растительность — это растительность, которая покрывала бы территорию, если бы на нее не влияла деятельность человека (здания, сельское хозяйство, дороги, загрязнение и т. д.), «поэтому никаких упоминаний о городах на картах, они считаются практически несуществующими.”
Берегальные леса: застрявшие в прогретой земле
Прогнозы 20 биомов в трех наиболее часто используемых климатических сценариях (RCP 2.6, 4.5 и 8.5) показали конкретные возникающие тенденции в сдвигах биомов в конкретных точках земного шара. Несмотря на различия в размерах и в зависимости от рассматриваемого временного диапазона, такие преобразования очевидны во всех трех климатических сценариях, проливая свет на те районы, которые наиболее уязвимы к климатическим изменениям.
По словам Бонаннеллы, одной из таких новых тенденций является переход от полярного к бореальному лесному биому на глобальном Севере, за Полярным кругом. Во всех проанализированных временных диапазонах (настоящее время – 2040 г., 2041–2060 гг. и 2061–2080 гг.) замена бореальных степей (также известных как тундра) лесной экосистемой является одним из наиболее очевидных и последовательных переходов, обнаруживаемых всеми тремя климатическими сценариями. . Эта тенденция идет рука об руку с постоянными наблюдениями за тем, чтобы линия деревьев продвигалась к Северному полюсу как следствие повышения температуры: по оценкам, от 20 до 40% арктической тундры буквально зеленеет, то есть становится лесом. , с 1980-х годов усиливается тенденция, подтвержденная наземными наблюдениями за кустарниковым покровом.
Бонаннелла отметил, что результаты этого исследования «независимо от сценария, прогнозы показывают, что, хотя изменения и произойдут, они не будут одинаковыми в Северной Америке, Азии и Европе: это будет затронуто больше всего, в то время как только в нескольких районах Сибири все сценарии сходятся в обнаружении сдвига биомов».
Вот почему в исследовании также представлены карты неопределенности, указывающие на ошибку прогноза и направляющие на более тщательную интерпретацию результатов. Проблема с отсутствием наземных данных по некоторым бореальным регионам, в данном случае по Сибири, заключается в том, что это влияет на точность прогнозов нашей модели, поскольку некоторые местоположения серьезно недопредставлены. Поэтому автор подчеркнул важность сбор более полных данных в будущем для повышения точности модели и возможностей прогнозирования также для этих недопредставленных регионов.
Этот феномен объясняется более высокими температурами, что приводит к увеличению продолжительности сезона, что способствует росту большего количества деревьев. Тем временем температура на южной окраине становится слишком высокой, чтобы поддерживать рост лесов, что приводит к их отмиранию.
Несмотря на неопределенность в менее обследованных районах, эти карты могут дать надежное указание на то, где наиболее вероятны самые большие преобразования во всех климатических сценариях. Даже если кажется, что бореальные леса избегают невыносимых температур на юге, ученые предупреждают, скорость, с которой деревья умирают в более низких широтах, намного выше, чем скорость, с которой они умирают. способны расширяться на север», — подчеркивая медленное, но неуклонное сокращение бореальных лесов.
Для ученых несомненно то, что последствия потепления в Циркумарктическом регионе приводят к дальнейшему оттаиванию вечной мерзлоты, утрате биоразнообразия и выбросу углерода в атмосферу, глубоко влияя на местную инфраструктуру и сообщества. Без немедленных действий эти разрушительные последствия будут продолжаться или даже усугубляться из-за положительной обратной связи. «Мы рекомендуем, чтобы эта информация использовалась политиками и землеустроителями для принятия обоснованных решений об управлении и сохранении этих экосистем, а также для принятия мер по смягчению негативных последствий изменения климата для сообществ и экономики — заключил Бонанелла.
Разрез бумаги на Амазонке
Согласно недавним аналитическим обзорам, опубликованным в Science, более трети того, что осталось от амазонских лесов, находится под угрозой из-за вырубки лесов, деятельности человека и засухи.
Эти результаты являются частью длинной серии исследований, показывающих «тревожные признаки надвигающегося процесса саваннизации на южной окраине леса», — прокомментировал Бонаннелла, который перерисовывает лесной массив. Его компьютерные модели подтвердили ужасную тенденцию, усугубляемую последствиями изменения климата. Прогнозы выявили последовательный переход от тропических лесов к тропическим пастбищам, также известным как саванны, особенно в регионах между Северной Боливией и южной окраиной Мату-Гросу в Бразилии. В тех же областях модели прогнозировали, что при повышении температуры всего на 2°C «мы можем столкнуться с потерей около 59 000 км2 амазонских лесов», в то время как при повышении температуры на 5°C (RCP 8.5 ) площадь утраченных лесов увеличится до 1,1 млн км2.
На самом деле, эксперты давно предупреждали, что тропические леса очень чувствительны к изменениям количества осадков и уровня влажности, на которые влияет изменение климата. Дополнительные нарушения, такие как антропогенные пожары и длительные засухи, могут привести к тому, что лесные массивы потеряют деревья и превратятся в саванноподобную смесь лесов и пастбищ: недавние спутниковые исследования показывают, что более 75% нетронутых лес потерял стабильность с начала 2000-х годов, и целых 40% существующих лесов Амазонки сейчас находятся в точке, где они могут существовать как саванна.
Последствия изменения климата в тропических лесах Амазонки находятся в центре научных, политических и экономических дебатов, учитывая решающую роль в глобальном регулировании климата, сохранении биоразнообразия и в ресурсах, пользующихся глобальным спросом, таких как древесина, материалы, продукты питания и углерод. Кроме того, потеря тропических лесов может иметь существенные экологические последствия для распространения и разнообразия видов растений и животных, а также затронуть местные сообщества, зависящие от этих экосистем.
Хотя в полной мере масштабы этих изменений в бассейне Амазонки еще не полностью осознаны, прогностические карты Бонаннеллы дополняют общую картину, определяя области, где эти воздействия могут быть особенно значительными, и на которых следует сосредоточить политические усилия.
Несмотря на то, что использование машинного обучения для этой задачи открывает новые способы поддержки принятия решений на основе фактических данных и отслеживания глобальных целей в области устойчивого развития, ограниченное количество исследований и отсутствие долгосрочных данных по-прежнему ставят под сомнение точность и надежность глобального прогноза. модели. В будущем Бонаннелла хочет видеть «больше сотрудничества с местными исследовательскими сетями и сообществами для сбора наземных наблюдений, которые могут помочь нашим моделям, а также для открытия уже имеющихся данных, делая их доступными и пригодными для использования нами, создателями моделей, в соответствии с принципами бесплатных и открытых исследований».
- Bonannella, C., Hengl, T., Parente, L. et al. Биомы мира при сценариях изменения климата: усиление засушливости и более высокие температуры приводят к значительным сдвигам в естественной растительности, 12 января 2023 г., ПРЕПЕЧАТ (Версия 1), представленный PeerJ, https://doi.org/10.21203/rs. 3.rs-2471847/v1
Примечание. OpenGeoHub ранее участвовал в проекте NatureMap, помогая картировать потенциальную естественную растительность (планета без людей). Работа Кармело Бонаннелла является частью проекта Open-Earth-Monitor, который получил финансирование от исследовательской инновационной программы Horizon Europe Европейского Союза в рамках грантового соглашения №101059548. Проект Open-Earth-Monitor направлен на ускорение сбора информации об окружающей среде и создание активных сообществ пользователей. Применяя принципы открытых данных и сотрудничая с сетями наземных наблюдений, консорциум во главе с OpenGeoHub планирует создать простые в использовании службы мониторинга экологических тенденций на региональном, национальном и глобальном уровнях.
