• Energy Research

Les mesures de la concentration atmosphérique de CO2 à Barrow, en Alaska, ainsi que les modèles couplés de transport atmosphérique et d'écosystème terrestre montrent une baisse de la réponse de la productivité primaire nette printanière à la température aux hautes latitudes. Le réchauffement printanier en cours permet à la saison de croissance de commencer plus tôt, ce qui améliore l'absorption de carbone dans les écosystèmes nordiques1,2,3. Ici, nous utilisons 34 années de mesures de la concentration atmosphérique de CO2 à Barrow, en Alaska (BRW, 71° N) pour montrer que la relation interannuelle entre la température du printemps et l'absorption du carbone a récemment changé. Nous utilisons deux indicateurs : la date de passage par zéro du CO2 atmosphérique (SZC) au printemps et l'ampleur du prélèvement de CO2 entre mai et juin (SCC). La forte corrélation précédemment rapportée entre le SZC, le SCC et la température du sol au printemps (ST) a été trouvée au cours des 17 premières années de mesures, mais a disparu au cours des 17 dernières années. En conséquence, la sensibilité du SZC et du SCC au réchauffement a diminué. Les simulations avec un modèle de transport atmosphérique4 couplé à un modèle d'écosystème terrestre5 suggèrent que la corrélation interannuelle affaiblie du SZC et du SCC avec le ST au cours des 17 dernières années est attribuable à la diminution de la réponse en température de la productivité primaire nette (NPP) printanière plutôt qu'à des changements dans la respiration hétérotrophique ou dans les modèles de transport atmosphérique. La réduction du refroidissement pendant la dormance et la limitation de la lumière émergente sont des mécanismes possibles qui peuvent avoir contribué à la perte de la réponse de la centrale nucléaire à la ST. Nos résultats remettent donc en question le mécanisme « plus chaud du puits à ressort ». Las mediciones de concentración de CO2 atmosférico en Barrow, Alaska, junto con el transporte atmosférico acoplado y los modelos de ecosistemas terrestres, muestran una disminución de la respuesta de la productividad primaria neta de primavera a la temperatura en altas latitudes. El calentamiento continuo de la primavera permite que la temporada de crecimiento comience antes, lo que mejora la absorción de carbono en los ecosistemas del norte1,2,3. Aquí utilizamos 34 años de mediciones de concentración de CO2 atmosférico en Barrow, Alaska (BRW, 71° N) para mostrar que la relación interanual entre la temperatura de primavera y la absorción de carbono ha cambiado recientemente. Utilizamos dos indicadores: la fecha de paso por cero de primavera del CO2 atmosférico (SZC) y la magnitud de la reducción de CO2 entre mayo y junio (SCC). La fuerte correlación previamente informada entre SZC, SCC y la temperatura de la tierra de primavera (ST) se encontró en los primeros 17 años de mediciones, pero desapareció en los últimos 17 años. Como resultado, la sensibilidad tanto de SZC como de SCC al calentamiento disminuyó. Las simulaciones con un modelo de transporte atmosférico4 acoplado a un modelo de ecosistema terrestre5 sugieren que la correlación interanual debilitada de SZC y SCC con ST en los últimos 17 años es atribuible a la disminución de la respuesta de temperatura de la productividad primaria neta de primavera (NPP) en lugar de a cambios en la respiración heterotrófica o en los patrones de transporte atmosférico. La reducción del enfriamiento durante la latencia y la limitación de la luz emergente son posibles mecanismos que pueden haber contribuido a la pérdida de la respuesta de la NPP a ST. Nuestros resultados desafían así el mecanismo del "sumidero más grande y más cálido". Atmospheric CO2 concentration measurements at Barrow, Alaska, together with coupled atmospheric transport and terrestrial ecosystem models show a declining spring net primary productivity response to temperature at high latitudes. Ongoing spring warming allows the growing season to begin earlier, enhancing carbon uptake in northern ecosystems1,2,3. Here we use 34 years of atmospheric CO2 concentration measurements at Barrow, Alaska (BRW, 71° N) to show that the interannual relationship between spring temperature and carbon uptake has recently shifted. We use two indicators: the spring zero-crossing date of atmospheric CO2 (SZC) and the magnitude of CO2 drawdown between May and June (SCC). The previously reported strong correlation between SZC, SCC and spring land temperature (ST) was found in the first 17 years of measurements, but disappeared in the last 17 years. As a result, the sensitivity of both SZC and SCC to warming decreased. Simulations with an atmospheric transport model4 coupled to a terrestrial ecosystem model5 suggest that the weakened interannual correlation of SZC and SCC with ST in the last 17 years is attributable to the declining temperature response of spring net primary productivity (NPP) rather than to changes in heterotrophic respiration or in atmospheric transport patterns. Reduced chilling during dormancy and emerging light limitation are possible mechanisms that may have contributed to the loss of NPP response to ST. Our results thus challenge the 'warmer spring–bigger sink' mechanism. تُظهر قياسات تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في بارو، ألاسكا، جنبًا إلى جنب مع النقل الجوي المقترن ونماذج النظام الإيكولوجي الأرضي، انخفاضًا في صافي استجابة الإنتاجية الأولية لدرجات الحرارة عند خطوط العرض العالية. يسمح الاحترار الربيعي المستمر لموسم النمو بالبدء في وقت مبكر، مما يعزز امتصاص الكربون في النظم الإيكولوجية الشمالية 1،2،3. هنا نستخدم 34 عامًا من قياسات تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في بارو، ألاسكا (BRW، 71درجة شمالًا) لإظهار أن العلاقة السنوية بين درجة حرارة الربيع وامتصاص الكربون قد تغيرت مؤخرًا. نستخدم مؤشرين: تاريخ الصفر الربيعي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (SZC) وحجم انخفاض ثاني أكسيد الكربون بين مايو ويونيو (SCC). تم العثور على العلاقة القوية التي تم الإبلاغ عنها سابقًا بين درجة حرارة الأرض في ال 17 عامًا الأولى من القياسات، ولكنها اختفت في السنوات ال 17 الماضية. ونتيجة لذلك، انخفضت حساسية كل من SZC وSCC للاحترار. تشير عمليات المحاكاة باستخدام نموذج النقل الجوي 4 المقترن بنموذج النظام الإيكولوجي الأرضي 5 إلى أن ضعف الارتباط بين السنوات بين SZC و SCC مع ST في السنوات الـ 17 الماضية يعزى إلى انخفاض استجابة درجة الحرارة للإنتاجية الأولية لصافي الربيع (NPP) بدلاً من التغيرات في التنفس غير المتجانس أو في أنماط النقل الجوي. يعد تقليل التبريد أثناء السكون والحد من الضوء الناشئ من الآليات المحتملة التي ربما ساهمت في فقدان استجابة NPP لـ St. وبالتالي فإن نتائجنا تتحدى آلية "حوض الربيع الأكبر الأكثر دفئًا".

Les mesures de la concentration atmosphérique de CO2 à Barrow, en Alaska, ainsi que les modèles couplés de transport atmosphérique et d'écosystème terrestre montrent une baisse de la réponse de la productivité primaire nette printanière à la température aux hautes latitudes. Le réchauffement printanier en cours permet à la saison de croissance de commencer plus tôt, ce qui améliore l'absorption de carbone dans les écosystèmes nordiques1,2,3. Ici, nous utilisons 34 années de mesures de la concentration atmosphérique de CO2 à Barrow, en Alaska (BRW, 71° N) pour montrer que la relation interannuelle entre la température du printemps et l'absorption du carbone a récemment changé. Nous utilisons deux indicateurs : la date de passage par zéro du CO2 atmosphérique (SZC) au printemps et l'ampleur du prélèvement de CO2 entre mai et juin (SCC). La forte corrélation précédemment rapportée entre le SZC, le SCC et la température du sol au printemps (ST) a été trouvée au cours des 17 premières années de mesures, mais a disparu au cours des 17 dernières années. En conséquence, la sensibilité du SZC et du SCC au réchauffement a diminué. Les simulations avec un modèle de transport atmosphérique4 couplé à un modèle d'écosystème terrestre5 suggèrent que la corrélation interannuelle affaiblie du SZC et du SCC avec le ST au cours des 17 dernières années est attribuable à la diminution de la réponse en température de la productivité primaire nette (NPP) printanière plutôt qu'à des changements dans la respiration hétérotrophique ou dans les modèles de transport atmosphérique. La réduction du refroidissement pendant la dormance et la limitation de la lumière émergente sont des mécanismes possibles qui peuvent avoir contribué à la perte de la réponse de la centrale nucléaire à la ST. Nos résultats remettent donc en question le mécanisme « plus chaud du puits à ressort ». Las mediciones de concentración de CO2 atmosférico en Barrow, Alaska, junto con el transporte atmosférico acoplado y los modelos de ecosistemas terrestres, muestran una disminución de la respuesta de la productividad primaria neta de primavera a la temperatura en altas latitudes. El calentamiento continuo de la primavera permite que la temporada de crecimiento comience antes, lo que mejora la absorción de carbono en los ecosistemas del norte1,2,3. Aquí utilizamos 34 años de mediciones de concentración de CO2 atmosférico en Barrow, Alaska (BRW, 71° N) para mostrar que la relación interanual entre la temperatura de primavera y la absorción de carbono ha cambiado recientemente. Utilizamos dos indicadores: la fecha de paso por cero de primavera del CO2 atmosférico (SZC) y la magnitud de la reducción de CO2 entre mayo y junio (SCC). La fuerte correlación previamente informada entre SZC, SCC y la temperatura de la tierra de primavera (ST) se encontró en los primeros 17 años de mediciones, pero desapareció en los últimos 17 años. Como resultado, la sensibilidad tanto de SZC como de SCC al calentamiento disminuyó. Las simulaciones con un modelo de transporte atmosférico4 acoplado a un modelo de ecosistema terrestre5 sugieren que la correlación interanual debilitada de SZC y SCC con ST en los últimos 17 años es atribuible a la disminución de la respuesta de temperatura de la productividad primaria neta de primavera (NPP) en lugar de a cambios en la respiración heterotrófica o en los patrones de transporte atmosférico. La reducción del enfriamiento durante la latencia y la limitación de la luz emergente son posibles mecanismos que pueden haber contribuido a la pérdida de la respuesta de la NPP a ST. Nuestros resultados desafían así el mecanismo del "sumidero más grande y más cálido". Atmospheric CO2 concentration measurements at Barrow, Alaska, together with coupled atmospheric transport and terrestrial ecosystem models show a declining spring net primary productivity response to temperature at high latitudes. Ongoing spring warming allows the growing season to begin earlier, enhancing carbon uptake in northern ecosystems1,2,3. Here we use 34 years of atmospheric CO2 concentration measurements at Barrow, Alaska (BRW, 71° N) to show that the interannual relationship between spring temperature and carbon uptake has recently shifted. We use two indicators: the spring zero-crossing date of atmospheric CO2 (SZC) and the magnitude of CO2 drawdown between May and June (SCC). The previously reported strong correlation between SZC, SCC and spring land temperature (ST) was found in the first 17 years of measurements, but disappeared in the last 17 years. As a result, the sensitivity of both SZC and SCC to warming decreased. Simulations with an atmospheric transport model4 coupled to a terrestrial ecosystem model5 suggest that the weakened interannual correlation of SZC and SCC with ST in the last 17 years is attributable to the declining temperature response of spring net primary productivity (NPP) rather than to changes in heterotrophic respiration or in atmospheric transport patterns. Reduced chilling during dormancy and emerging light limitation are possible mechanisms that may have contributed to the loss of NPP response to ST. Our results thus challenge the 'warmer spring–bigger sink' mechanism. تُظهر قياسات تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في بارو، ألاسكا، جنبًا إلى جنب مع النقل الجوي المقترن ونماذج النظام الإيكولوجي الأرضي، انخفاضًا في صافي استجابة الإنتاجية الأولية لدرجات الحرارة عند خطوط العرض العالية. يسمح الاحترار الربيعي المستمر لموسم النمو بالبدء في وقت مبكر، مما يعزز امتصاص الكربون في النظم الإيكولوجية الشمالية 1،2،3. هنا نستخدم 34 عامًا من قياسات تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في بارو، ألاسكا (BRW، 71درجة شمالًا) لإظهار أن العلاقة السنوية بين درجة حرارة الربيع وامتصاص الكربون قد تغيرت مؤخرًا. نستخدم مؤشرين: تاريخ الصفر الربيعي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (SZC) وحجم انخفاض ثاني أكسيد الكربون بين مايو ويونيو (SCC). تم العثور على العلاقة القوية التي تم الإبلاغ عنها سابقًا بين درجة حرارة الأرض في ال 17 عامًا الأولى من القياسات، ولكنها اختفت في السنوات ال 17 الماضية. ونتيجة لذلك، انخفضت حساسية كل من SZC وSCC للاحترار. تشير عمليات المحاكاة باستخدام نموذج النقل الجوي 4 المقترن بنموذج النظام الإيكولوجي الأرضي 5 إلى أن ضعف الارتباط بين السنوات بين SZC و SCC مع ST في السنوات الـ 17 الماضية يعزى إلى انخفاض استجابة درجة الحرارة للإنتاجية الأولية لصافي الربيع (NPP) بدلاً من التغيرات في التنفس غير المتجانس أو في أنماط النقل الجوي. يعد تقليل التبريد أثناء السكون والحد من الضوء الناشئ من الآليات المحتملة التي ربما ساهمت في فقدان استجابة NPP لـ St. وبالتالي فإن نتائجنا تتحدى آلية "حوض الربيع الأكبر الأكثر دفئًا".

The frequency and intensity of droughts have increased over the decades, leading to increased forest decline. The response of forest to drought can be evaluated by both its sensitivity to drought (resistance) and its post-drought recovery rate (resilience). However, it remains uncertain how drought resistance and resilience of forests change over time under climate change. We assessed the spatiotemporal dynamics of forest resistance and resilience to drought over the past century (1901-2015) with global tree ring data records from 2,935 sites, in conjunction with plant trait data. We found that gymnosperms and angiosperms showed different spatial patterns of drought resistance and resilience, driven by variations in eco-physiological traits. Resistance and resilience also varied with drought seasonal timing. Surprisingly, we found that the trade-off between resistance and resilience for gymnosperms, previously reported only spatially, also occurred at the temporal scale. In particular, drought resilience markedly increased, but resistance decreased, for gymnosperms between 1950-1969 and 1990-2009, indicating that previous model simulations assuming invariant resistance may have underestimated the impacts of drought on gymnosperm-dominated forests under future climate change.

The frequency and intensity of droughts have increased over the decades, leading to increased forest decline. The response of forest to drought can be evaluated by both its sensitivity to drought (resistance) and its post-drought recovery rate (resilience). However, it remains uncertain how drought resistance and resilience of forests change over time under climate change. We assessed the spatiotemporal dynamics of forest resistance and resilience to drought over the past century (1901-2015) with global tree ring data records from 2,935 sites, in conjunction with plant trait data. We found that gymnosperms and angiosperms showed different spatial patterns of drought resistance and resilience, driven by variations in eco-physiological traits. Resistance and resilience also varied with drought seasonal timing. Surprisingly, we found that the trade-off between resistance and resilience for gymnosperms, previously reported only spatially, also occurred at the temporal scale. In particular, drought resilience markedly increased, but resistance decreased, for gymnosperms between 1950-1969 and 1990-2009, indicating that previous model simulations assuming invariant resistance may have underestimated the impacts of drought on gymnosperm-dominated forests under future climate change.

20 páginas, 3 figuras, 1 tabla. This work was supported by the Spanish Government (grant nos. CGL2010–17172/BOS and Consolider-Ingenio Montes CSD2008– 00040) and by the Catalan Government (project no. SGR 2009–458). Peer reviewed

20 páginas, 3 figuras, 1 tabla. This work was supported by the Spanish Government (grant nos. CGL2010–17172/BOS and Consolider-Ingenio Montes CSD2008– 00040) and by the Catalan Government (project no. SGR 2009–458). Peer reviewed