Просторово-часовий аналіз тренду продуктивності рослинного покриву в Європі з використанням супутникових даних MODIS
DOI:
https://doi.org/10.36023/ujrs.2019.22.153Ключові слова:
продуктивність рослинного покриву, зміна клімату, дистанційне зондування Землі, запас вуглецю, MODISАнотація
Проведені попередні дослідження показали, що зміна температурного режиму впливає на біогеохімічні процеси в екосистемах. Для прикладу, лабораторні експерименти з підвищенням температури приводили до інтенсифікації фотосинтезу і збільшення продуктивності рослинності і накопичення біомаси (Elmendorf et al. 2012; Lin et al. 2010 року; Lu et al. 2013; Wu et al. 2011). Однак подібного роду зв'язок не є таким очевидним в природних умовах (Mohamed et al. 2004). У цьому дослідженні представлені результати попіксельного аналізу регіональних тенденцій продуктивності рослинного покриву, який був проведений для європейської території. Для аналізу тенденцій чистої первинної продуктивності (ЧПП) були використані дані часових рядів спектрометра середньої роздільної здатності (MODIS). Були проведені оцінки змін запасів вуглецю в ґрунті, спричинені динамікою продуктивності рослинності. Була виявлена негативна тенденція зменшення продуктивності рослинності в Східній Європі. Було встановлено, що головним температурним фактором негативного впливу на продуктивність рослинності в Західній, Східній і Південній Європі було підвищення літніх температур. Отримані дані свідчать про те, що в Південній Європі середні літні температури досягли свого порогу, і їх подальше зростання з великою ймовірністю буде сприяти зниженню продуктивності рослинності. У той же час в північних регіонах поріг ще не досягнутий, отже, підвищення літніх температур буде стимулювати зростання рослинності. Аналізуючи зміни для різних типів рослинності, можна відзначити, що запаси вуглецю на сільськогосподарських угіддях скоротилися на 2,67 млн. т, в той час як ліси і луки показали позитивну динаміку (запаси вуглецю збільшилися на 1,64 і 3,7 млн. т відповідно). Загальні результати по всьому європейському регіону вказують на позитивну тенденцію (2,67 млн. т) стоку вуглецю в наземну рослинність.
Посилання
Anderson, M.C., Norman J.M., Meyers T.P., and Diak G.R. (2000). An analytical model for estimating canopy transpiration and carbon assimilation fluxes based on canopy light-use efficiency. Agricultural and Forest Meteorology, 101, 265−289, doi:10.1016/S0168-1923(99)00170-7.
Bauerle, W.L., Oren R, Way D.A., Qian S.S., Stoy P.C., Thornton P.E., Bowden J.D., Hoffman F.M., and Reynolds R.F. (2012). Photoperiodic regulation of the seasonal pattern of photosynthetic capacity and the implications for carbon cycling. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109, 8612–8617, doi:10.1073/pnas.1119131109.
Bonnaventure, P.P., and Lewkowicz A.G. (2013). Impacts of mean annual air temperature change on a regional permafrost probability model for the southern Yukon and northern British Columbia, Canada. The Cryosphere, 7, 935–946, doi:10.5194/tc-7-935-2013.
Bun’, R.A (Eds.) (2004). Information technologies for greenhouse gas inventories and prognosis of the carbon budget of Ukraine. Lviv, Ukrainian Academy of Printing, 376 pp. (in Ukrainian).
Chertov, O., Bhatti J.S., and Komarov A. (2010). Impact of Temperature Increase and Precipitation Alteration at Climate Change on Forest Productivity and Soil Carbon in Boreal Forest Ecosystems in Canada and Russia: Simulation Approach with the EFIMOD Model, In: Climate Change and Variability, S. Simard (eds), ISBN: 978-953-307-144-2. https://doi.org/10.5772/9814
Clark, D.B., Olivas P.C., Oberbauer S.F., Clark D.A., and Ryan M.G. (2008). First direct landscape-scale measurement of tropical rain forest Leaf Area Index, a key driver of global primary productivity. Ecology Letters, 11, 163–172, doi:10.1111/j.1461-0248.2007.01134.x.
Corlett, R.T. (2011). Impacts of warming on tropical lowland rainforests. Trends in Ecology & Evolution, 26, 606–613, doi:10.1016/j.tree.2011.06.015.
de Jong, R., Schaepman M.E., Furrer R., de Bruin S., and Verburg P.H. (2013). Spatial relationship between climatologies and changes in global vegetation activity. Global Change Biology, 19, 1953–1964, doi:10.1111/gcb.12193.
Dee, D. P., Uppala S. M., Simmons A. J., Berrisford P., Poli P., Kobayashi S., Andrae U., et al. (2011). The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 137(656), 553–597, doi:10.1002/qj.828.
Elmendorf, S.C., Henry G.H.R., Hollister R.D., Björk R.G., Bjorkman A.D., Callaghan T.V., Collier L.S. et al. (2011). Global assessment of experimental climate warming on tundra vegetation: heterogeneity over space and time. Ecology Letters, 15, 164–175, doi:10.1111/j.1461-0248.2011.01716.x.
Frank D., Reichstein M., Bahn M., Thonicke K., Frank D., Mahecha M.D., Smith P., et al. (2015). Effects of climate extremes on the terrestrial carbon cycle: concepts, processes and potential future impacts. Global Change Biology, 21(8), 2861–2880, doi:10.1111/gcb.12916.
Gornall, J., Betts R., Burke E., Clark R., Camp J., Willett K., and Wiltshire A. (2010). Implications of climate change for agricultural productivity in the early twenty-first century, Philosophical Transactions of the Royal Society B, 365, 2973–2989, doi:10.1098/rstb.2010.0158.
Groisman, P, and Lyalko V., eds. (2012). Earth Systems Change over Eastern Europe. Kyiv, Akademperiodyka, 488 p., ISBN 978-966-360-195-3. https://doi.org/10.15407/akademperiodyka.195.488
Hartmann, D.L., Klein Tank A.M.G., and Rusticucci M. (2013). Observations: Atmosphere and Surface, In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (eds Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley), Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 159−254. https://doi.org/10.1017/cbo9781107415324.008
Heimann, M., and Reichstein M. (2008). Terrestrial ecosystem carbon dynamics and climate feedbacks. Nature, 451, 289−292, doi:10.1038/nature06591.
Heinsch, F.A., Reeves M., Votava P., Kang S., Milesi C., Zhao M., Glassy J. et al. (2003). User’s Guide GPP and NPP (MOD17A2/A3) Products NASA MODIS Land Algorithm. Version 2.0, December; 57 pp.
Houghton, R. (2005). Aboveground forest biomass and the global carbon balance. Global Change Biology, 11, 945−958, doi:10.1111/j.1365-2486.2005.00955.x.
IPCC (2001) The Scientific Basis, In: Climate Change 2001: Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Houghton J.T., Ding Y., Griggs D.J., Noguer M., van der Linden P.J., Dai X., Maskell K., Johnson C.A. (eds), Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 881 pp. https://doi.org/10.1002/qj.200212858119
IPCC (2007) Impacts, Adaptation and Vulnerability, In: Climate Change 2007: Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Parry M.L., Canziani O.F., Palutikof J.P., van der Linden P.J., Hanson C.E. (eds), Cambridge University Press, Cambridge, UK; 976pp. https://doi.org/10.2134/jeq2008.0015br
IPCC (2013) The Physical Science Basis, In: Climate Change 2013: Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Stocker T.F., Qin D., Plattner G-K., Tignor M., Allen S.K., Boschung J., Nauels A., Xia Y., Bex V., Midgley P.M. (eds), Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA; 1535 pp. doi:10.1017/CBO9781107415324.
Johnsen, K.H., Keyser T.L., Butnor J.R., Gonzalez-Benecke C.A., Kaczmarek D.J., Maier C.A., McCarthy H.R., Sun G. (2013). Productivity and Carbon Sequestration of Forests in the Southern United States, In: Climate Change Adaptation and Mitigation Management Options: A Guide for Natural Resource Managers in Southern Forest Ecosystems, CRC Press, 193-247.
Lin DL, Xia J, Wan S et al. (2010). Climate warming and biomass accumulation of terrestrial plants: A meta-analysis. New Phytologist, 188, 187–198, doi:10.1111/j.1469-8137.2010.03347.x.
Lu, M., Zhou X., Yang Q., Li H., Luo Y., Fang C., Chen J., Yang X., and Li B. (2013). Responses of ecosystem carbon cycle to experimental warming: a meta-analysis. Ecology, 94, 726–738, doi:10.1890/12-0279.1.
McCallum, I., Wagner W., Schmullius C., Shvidenko A., Obersteiner M., Fritz S., and Nilsson S. (2009). Satellite-based terrestrial production efficiency modeling. Carbon Balance and Management, 4−8, doi:10.1186/1750-0680-4-8.
Mohamed, M.A., Babiker I.S., Chen Z.M., Ikeda K., Ohta K., and Kato K. (2004). The role of climate variability in the inter-annual variation of terrestrial net primary production (NPP). Science of the Total Environment, 332, 123–137, doi:10.1016/j.scitotenv.2004.03.009.
Movchan, D., and Kostyuchenko Yu.V. (2015). Regional dynamics of terrestrial vegetation productivity and climate feedbacks for territory of Ukraine. International Journal of Geographical Information Science, 29(8), 1490–1505, doi: 10.1080/13658816.2015.1051985.
Mu, Q., Zhao M., and Running S.W. (2011). Evolution of hydrological and carbon cycles under a changing climate, Hydrological Processes, 25(26), 4093–4102, doi:10.1002/hyp.8367.
Piao, S., Fang J., Zhou L., Zhu B., Tan K., and Tao S. (2005). Changes in vegetation net primary productivity from 1982 to 1999 in China. Global Biogeochemical Cycles, 19(2), GB2027, doi:10.1029/2004GB002274.
Piao, S., Sitch S., Ciais P., Friedlingstein P., Peylin P., Wang X., Ahlström A. et al. (2013). Evaluation of terrestrial carbon cycle models for their response to climate variability and to CO2 trends. Global Change Biology, 19(7), 2117–2132 doi:10.1111/gcb.12187.
Piao, S., Friedlingstein P., Ciais P., Viovy N., and Demarty J. (2007). Growing season extension and its impact on terrestrial carbon cycle in the Northern Hemisphere over the past 2 decades. Global Biogeochemical Cycles, 21, 49–53 doi:10.1029/2006gb002888.
Porter, J.R., and Semenov M.A. (2005). Crop responses to climatic variation, Philosophical Transactions of the Royal Society B, 360, 2021–2035, doi:10.1098/rstb.2005.1752.
Running, S.W., Thornton P.E., Nemani R., and Glassy J.M. (2000). Global terrestrial gross and net primary productivity from the Earth observing system, In: Methods in Ecosystem Science, (esd Sala OE et al), Springer, New York, 44–57 https://doi.org/10.1007/978-1-4612-1224-9_4
Strahler, A.H., Friedl M., Zhang X., Hodges J., Schaaf C., Cooper A., and Baccini A. (2002). The MODIS Land Cover and Land Cover Dynamics Products, Presented at Remote Sensing of the Earth’s Environment from TERRA, L’Aquila, Italy https://doi.org/10.1016/s0034-4257(02)00078-0
Wu, Z., Dijkstra P., Koch G.W., Peñuelas J., and Hungate B.A. (2011). Responses of terrestrial ecosystems to temperature and precipitation change: A meta-analysis of experimental manipulation. Global Change Biology, 17, 927–942 doi:10.1111/j.1365-2486.2010.02302.x.
Zhang, X., Tarpley D., and Sullivan J.T. (2007). Diverse responses of vegetation phenology to a warming climate, Geophysical research letters, 34, L19405, doi:10.1029/2007GL031447.
Zhao, M., Running S.W., and Nemani R.R. (2006). Sensitivity of Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) terrestrial primary production to the accuracy of meteorological reanalyses. Journal of Geophysical Research, 111, G01002, doi:10.1029/2004JG000004.
Zhou, L., Tucker C.J., Kaufmann R.K., Slayback D., Shabanov N.V., and Myneni R.B. (2001). Variations in northern vegetation activity inferred from satellite data of vegetation index during 1981 to 1999. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 106(D17), 20069–20083, doi:10.1029/2000JD000115.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійні умови: автори зберігають авторські права та надають журналу право першої публікації на твір, одночасно ліцензований за міжнародною ліцензією Creative Commons Attribution License International CC-BY, що дозволяє іншим поділитися твором з підтвердженням авторства твору та первинною публікацією в цьому журналі.
Автори, направляючи рукопис у редакцію «Українського журналу дистанційного зондування Землі», погоджуються з тим, що редакції передаються права на захист і використання рукопису (переданого до редакції журналу матеріалу, в т. ч. такі об’єкти авторського права як фотографії автора, рисунки, схеми, таблиці тощо), в тому числі на відтворення у пресі та мережі Інтернет, на поширення, на переклад рукопису на будь-які мови, експорту та імпорту примірників журналу зі статтею авторів з метою розповсюдження, на доведення до загального відома. Зазначені вище права автори передають редакції без обмеження терміну і на території всіх країн світу без обмеження в т. ч. на території України.
Автори гарантують наявність у них виняткових прав на використання переданого редакції матеріалу. Редакція не несе відповідальності перед третіми особами за порушення даних авторами гарантій. За Авторами залишається право використання їх опублікованого матеріалу, його фрагментів і частин в особистих, у тому числи наукових і освітянських цілях. Права на рукопис вважаються переданими Авторами редакції з моменту підписання до друку випуску журналу, в якому він публікується. Передрук матеріалів, опублікованих у журналі, іншими фізичними та юридичними особами можливий тільки зі згоди редакції, з обов’язковим зазначенням випуску журналу, в якому було опубліковано матеріал.
