Супутники документують вплив теплових хвиль на рослини

Нове наукове дослідження показує, як періоди посухи впливають на фотосинтез протягом дня. Дослідження показало, що рослини в регіонах, які зазвичай сухі, збільшують споживання CO ₂ вранці під час хвилі спеки та знижують фотосинтез в середині дня та вдень. Дослідники проаналізували дані геостаціонарних супутників нового покоління.

Доктор Бенджамін Дечант є постдокторантом Лейпцизького університету та проводить свої дослідження в Центрі синтезу Німецького центру інтегративних досліджень біорізноманіття (iDiv). Дечант, фізик і еколог, зосереджує свої дослідження на просторово-часових моделях і динаміці фотосинтезу рослин, а також на властивостях листя і верхівок дерев.

Дані для дослідження були частково зібрані під час спеки в США у 2020 році. Дечант зробив внесок у публікацію південнокорейської дослідницької групи та обговорив найважливіші висновки в інтерв’ю.

Доктор Дечант, коли надзвичайно жарко та сухо, рослини переносять фотосинтез на ранкові години. Чому ця знахідка така важлива для дослідження?

Хоча це розуміння не є новим як таким, раніше воно ґрунтувалося лише на невеликих дослідженнях окремих видів рослин або екосистем, наприклад, на рівні лісової зони, і ще не спостерігалося у більшому масштабі з супутники. Нове дослідження є першим, яке кількісно визначило цей зсув до ранку по всій континентальній частині США на основі супутникових вимірювань. Результати можна використовувати для оцінки та покращення результатів моделювання моделей рослинності, наприклад, оскільки вони важливі для прогнозування глобального циклу вуглецю.

Зі збільшенням глобального потепління явище зсуву активності фотосинтезу, ймовірно, відбуватиметься частіше. Які наслідки це може мати для окремих рослин, а також для цілих екосистем?

Щоб здійснити фотосинтез, рослини повинні відкрити пори на листках, і це спричиняє випаровування води. Під час посухи та спеки окремим рослинам потрібно мінімізувати втрату води, зберігаючи при цьому мінімальну кількість фотосинтезу. Якщо такі умови триватимуть протягом тривалого періоду часу, і рослини не зможуть отримувати достатню кількість води через своє коріння, це може призвести до загибелі більшої кількості рослин, особливо видів рослин, які не пристосовані до таких екстремальних умов навколишнього середовища. .

На рівні екосистем різко зменшене випаровування води з листя в більш пізній час доби також може вплинути на температуру. Це випаровування води зазвичай охолоджує повітря, і ефект охолодження буде меншим порівняно зі звичайними умовами. Це може негативно вплинути, наприклад, на тварин, які живуть у цих екосистемах, і, звичайно, також може мати відчутний вплив на міста. Це також може призвести до ефектів зворотного зв’язку, коли посухи посилюються через зменшення випаровування.

Дослідницька група, у якій ви брали участь, оцінила дані геостаціонарних супутників для дослідження. Це супутники, які завжди знаходяться над однією точкою поверхні Землі. Що робить ці супутники такими цінними для ваших досліджень?

Геостаціонарні супутники десятиліттями використовувалися для цілей зв’язку та спостереження за погодою (наприклад, ураганами та циклонами), але вони мали лише обмежену користь для дослідження рослинності. Нові види геостаціонарних супутників були оснащені датчиками, які також охоплюють частину електромагнітного спектра, необхідну для спостереження за рослинністю.

Незважаючи на те, що просторова роздільна здатність цих геостаціонарних супутників не така висока, як у «звичайних» супутників, вони мають значну перевагу в тому, що вони мають дуже високу часову роздільну здатність від п’яти хвилин до однієї години. Це дозволяє нам проводити відповідні вимірювання безперервно протягом дня, що інакше можливо лише за допомогою вимірювальних веж на поверхні Землі.

За допомогою цієї технології дослідники також можуть отримати набагато більше вимірювань у безхмарних умовах. Це також важливо для досліджень, що працюють із сезонними шкалами часу, наприклад, фенології рослин, і є ключовим у регіонах із більшою хмарністю, таких як тропіки, які відіграють важливу роль у глобальному циклі вуглецю.

У майбутньому з’явиться мережа з кількох геостаціонарних супутників, які будуть проводити подібні вимірювання та охоплять майже всю земну кулю. Одним із них стане супутник ESA Sentinel-4, який наступного року відправлять на орбіту в рамках надзвичайно успішної програми Copernicus.