• Energy Research

La croissance accrue de la végétation par le réchauffement climatique joue un rôle central dans l'amplification du cycle saisonnier du CO2 atmosphérique sur les terres nordiques (>50° N) depuis les années 1960. Cependant, la corrélation entre la croissance de la végétation, la température et l'amplitude saisonnière de la concentration de CO2 atmosphérique est devenue insaisissable avec le ralentissement de la tendance à la hausse de la croissance de la végétation et l'affaiblissement du contrôle de la température sur l'absorption de CO2 depuis la fin des années 1990. Ici, sur la base des enregistrements de concentration de CO2 atmosphérique in situ du site de l'observatoire Barrow, nous avons constaté un ralentissement de la tendance à la hausse de l'amplitude du CO2 atmosphérique des années 1990 au milieu des années 2000. Ce phénomène était associé à la diminution en pause de la concentration minimale de CO2 ([CO2]min), qui était significativement corrélée au ralentissement du verdissement de la végétation et à l'extension de la longueur de la saison de croissance. Nous avons ensuite montré que la verdure de la végétation et la longueur de la saison de croissance étaient positivement corrélées avec la température du printemps mais pas celle de l'automne sur les terres du nord. En outre, de telles dépendances asymétriques de la croissance de la végétation sur la température du printemps et de l'automne ne peuvent pas être capturées par les modèles de biosphère terrestre de pointe. Ces résultats indiquent que les réponses de la croissance de la végétation au réchauffement du printemps et de l'automne sont asymétriques et soulignent la nécessité d'améliorer la phénologie de l'automne dans les modèles de prévision du cycle saisonnier de la concentration atmosphérique de CO2. El mayor crecimiento de la vegetación por el calentamiento climático desempeña un papel fundamental en la amplificación del ciclo estacional del CO2 atmosférico en las tierras del norte (>50° N) desde la década de 1960. Sin embargo, la correlación entre el crecimiento de la vegetación, la temperatura y la amplitud estacional de la concentración atmosférica de CO2 se ha vuelto difícil de alcanzar con la tendencia creciente lenta del crecimiento de la vegetación y el control debilitado de la temperatura en la absorción de CO2 desde finales de la década de 1990. Aquí, con base en los registros de concentración de CO2 atmosférico in situ del sitio del observatorio de Barrow, encontramos una desaceleración en la tendencia creciente de la amplitud del CO2 atmosférico desde la década de 1990 hasta mediados de la década de 2000. Este fenómeno se asoció con la disminución pausada de la concentración mínima de CO2 ([CO2]min), que se correlacionó significativamente con la desaceleración del reverdecimiento de la vegetación y la extensión de la duración de la temporada de crecimiento. Luego demostramos que tanto el verdor de la vegetación como la duración de la temporada de crecimiento se correlacionaban positivamente con la temperatura de primavera pero no de otoño en las tierras del norte. Además, tales dependencias asimétricas del crecimiento de la vegetación en la temperatura de primavera y otoño no pueden ser capturadas por los modelos de biosfera terrestre de última generación. Estos hallazgos indican que las respuestas del crecimiento de la vegetación al calentamiento de primavera y otoño son asimétricas, y resaltan la necesidad de mejorar la fenología del otoño en los modelos para predecir el ciclo estacional de la concentración atmosférica de CO2. The enhanced vegetation growth by climate warming plays a pivotal role in amplifying the seasonal cycle of atmospheric CO2 at northern lands (>50° N) since 1960s. However, the correlation between vegetation growth, temperature and seasonal amplitude of atmospheric CO2 concentration have become elusive with the slowed increasing trend of vegetation growth and weakened temperature control on CO2 uptake since late 1990s. Here, based on in situ atmospheric CO2 concentration records from the Barrow observatory site, we found a slowdown in the increasing trend of the atmospheric CO2 amplitude from 1990s to mid-2000s. This phenomenon was associated with the paused decrease in the minimum CO2 concentration ([CO2]min), which was significantly correlated with the slowdown of vegetation greening and growing-season length extension. We then showed that both the vegetation greenness and growing-season length were positively correlated with spring but not autumn temperature over the northern lands. Furthermore, such asymmetric dependences of vegetation growth upon spring and autumn temperature cannot be captured by the state-of-art terrestrial biosphere models. These findings indicate that the responses of vegetation growth to spring and autumn warming are asymmetric, and highlight the need of improving autumn phenology in the models for predicting seasonal cycle of atmospheric CO2 concentration. يلعب نمو الغطاء النباتي المعزز بسبب الاحترار المناخي دورًا محوريًا في تضخيم الدورة الموسمية لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في الأراضي الشمالية (>50درجة شمالًا) منذ الستينيات. ومع ذلك، فإن العلاقة بين نمو الغطاء النباتي ودرجة الحرارة والسعة الموسمية لتركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أصبحت بعيدة المنال مع تباطؤ الاتجاه المتزايد لنمو الغطاء النباتي وضعف التحكم في درجة الحرارة عند امتصاص ثاني أكسيد الكربون منذ أواخر التسعينيات. هنا، بناءً على سجلات تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في الموقع من موقع مرصد بارو، وجدنا تباطؤًا في الاتجاه المتزايد لسعة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من التسعينيات إلى منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. ارتبطت هذه الظاهرة بالانخفاض المتوقف مؤقتًا في الحد الأدنى لتركيز ثاني أكسيد الكربون ([CO2]min)، والذي ارتبط بشكل كبير بتباطؤ تخضير الغطاء النباتي وتمديد طول موسم النمو. ثم أظهرنا أن كل من خضرة الغطاء النباتي وطول موسم النمو كانا مرتبطين بشكل إيجابي مع درجة حرارة الربيع ولكن ليس الخريف على الأراضي الشمالية. علاوة على ذلك، لا يمكن التقاط الاعتمادات غير المتماثلة لنمو الغطاء النباتي على درجة حرارة الربيع والخريف من خلال نماذج المحيط الحيوي الأرضية الحديثة. تشير هذه النتائج إلى أن استجابات نمو الغطاء النباتي لارتفاع درجة حرارة الربيع والخريف غير متماثلة، وتسلط الضوء على الحاجة إلى تحسين فينولوجيا الخريف في نماذج التنبؤ بالدورة الموسمية لتركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

AbstractExtensive forest changes have occurred in monsoon Asia, substantially affecting climate, carbon cycle and biodiversity. Accurate forest cover maps at fine spatial resolutions are required to qualify and quantify these effects. In this study, an algorithm was developed to map forests in 2010, with the use of structure and biomass information from the Advanced Land Observation System (ALOS) Phased Array L-band Synthetic Aperture Radar (PALSAR) mosaic dataset and the phenological information from MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MOD13Q1 and MOD09A1) products. Our forest map (PALSARMOD50 m F/NF) was assessed through randomly selected ground truth samples from high spatial resolution images and had an overall accuracy of 95%. Total area of forests in monsoon Asia in 2010 was estimated to be ~6.3 × 106 km2. The distribution of evergreen and deciduous forests agreed reasonably well with the median Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) in winter. PALSARMOD50 m F/NF map showed good spatial and areal agreements with selected forest maps generated by the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA F/NF), European Space Agency (ESA F/NF), Boston University (MCD12Q1 F/NF), Food and Agricultural Organization (FAO FRA) and University of Maryland (Landsat forests), but relatively large differences and uncertainties in tropical forests and evergreen and deciduous forests.

Vegetation greening contributes to gross carbon sequestration by plants and thus plays a vital role in mitigation of global warming. Terrestrial vegetation has a significant greening trend in South Asia (SA); however, it remains elusive how this greening translates to gross primary production (GPP) (proxy of gross carbon uptake by plants at ecosystem scale) in SA. In this study, we investigated the spatiotemporal dynamics of GPP in correspondence to leaf area increase (based on leaf area index as proxy of greening) over SA using remote sensing driven data on Google Earth Engine (GEE) cloud computation, during 2003–2017. We found a much weaker increase of GPP in SA as compared to the overall greening trend, primarily attributed to the disturbance in cropland activities of the region. Especially, greening was highly significant (p  0.05) over this region. Further, natural vegetation areas also showed low vegetation greening and GPP increase during the study period. The analysis of the potential drivers revealed that both climatic and anthropogenic stresses (intensive cropping, population pressure) had a negative impact on the regional GPP, especially in IGP. Our study indicated that the overwhelming greening of SA because of enhanced cropland activities, did not contribute much to GPP over the region. The restricted cropland canopy carbon uptake and low GPP increase in forests led to a lower than expected increase of gross carbon assimilation over SA in the context of climate changes and anthropogenic disturbances. Our study inferred that effective reforestation programs and conservation of natural vegetation areas are essential in SA for efficient vegetation carbon assimilation.

Land use is central to addressing sustainability issues, including biodiversity conservation, climate change, food security, poverty alleviation, and sustainable energy. In this paper, we synthesize knowledge accumulated in land system science, the integrated study of terrestrial social-ecological systems, into 10 hard truths that have strong, general, empirical support. These facts help to explain the challenges of achieving sustainability in land use and thus also point toward solutions. The 10 facts are as follows: 1) Meanings and values of land are socially constructed and contested; 2) land systems exhibit complex behaviors with abrupt, hard-to-predict changes; 3) irreversible changes and path dependence are common features of land systems; 4) some land uses have a small footprint but very large impacts; 5) drivers and impacts of land-use change are globally interconnected and spill over to distant locations; 6) humanity lives on a used planet where all land provides benefits to societies; 7) land-use change usually entails trade-offs between different benefits—"win–wins" are thus rare; 8) land tenure and land-use claims are often unclear, overlapping, and contested; 9) the benefits and burdens from land are unequally distributed; and 10) land users have multiple, sometimes conflicting, ideas of what social and environmental justice entails. The facts have implications for governance, but do not provide fixed answers. Instead they constitute a set of core principles which can guide scientists, policy makers, and practitioners toward meeting sustainability challenges in land use.