O campo da ciência do clima parece conter muitos exemplos de ciclos de feedback descontrolados alarmantes, ciclos viciosos, e efeitos sinérgicos prejudiciais anteriormente inimagináveis ​​que surgem nos sistemas terrestres, por exemplo, o efeito albedo em relação ao derretimento do gelo marinho; ou derretimento do permafrost liberando mais metano para acelerar ainda mais o processo de derretimento. Uma nova pesquisa por uma equipe da Universidade de Columbia continua nesse sentido, com resultados de seu estudo recente publicado em Avanços da Ciência . O estudo, "Aumentos projetados de intensidade, frequência, e os custos do carbono terrestre de eventos compostos de seca e aridez, "mostra que o efeito composto de umidade do solo (SM) e déficit de pressão de vapor (VPD) na absorção de carbono terrestre é maior do que o efeito de qualquer uma das variáveis ​​quando consideradas separadamente, e que essas duas condições tendem a se reforçar mutuamente.

A seca e o calor excessivo são duas formas de clima extremo que tiveram, e continuará a ter, um grande impacto nos sistemas naturais, bem como nas comunidades humanas e nos sistemas que dependem deles. Uma terceira dinâmica climática, aridez atmosférica, é uma medida combinada de temperatura e umidade atmosférica, encapsulado na métrica de VPD. SM e VPD são indicadores reconhecidos de absorção de carbono e uso de água pelas plantas em tempos de seca, e ocorrências extremas de ambos os indicadores - alto VPD ou baixo SM - são conhecidos por fazer com que os estômatos das plantas se estreitem ou fechem, limitando assim a absorção de carbono. VPD e SM são condições que também são conhecidas por co-ocorrerem, e embora muitas vezes tenham sido avaliados de forma independente no passado, um objetivo importante deste estudo foi compreender melhor a relação entre as duas variáveis ​​que ocorrem em conjunto.

Os efeitos compostos de VPD e SM foram caracterizados pelos investigadores como "impulsionados por uma série de processos físicos complementares, "do qual baixo SM contribui para a evapotranspiração diminuída. A evapotranspiração reduzida, por sua vez, leva a aumentos na temperatura e VPD mais alto (por causa do resfriamento evaporativo reduzido e umidade próxima à superfície). VPD aumentado leva a evapotranspiração adicional, que por sua vez acelera diminuições em SM. A coocorrência de VPD e SM neste círculo vicioso tem aumentado desde meados do século 20, e esses eventos coocorrentes aumentaram em frequência e intensidade. Prevê-se que esse padrão aumente continuamente no futuro previsível, em conjunto com as tendências de aquecimento.

Ao explorar a relação entre SM e VPD, Zhou e seus colegas também analisaram seus efeitos nos cenários climáticos futuros, especialmente no que diz respeito a como os dados observados correspondiam a vários modelos do sistema terrestre (ESMs), em termos de sua precisão em relação às simulações históricas do passado e às previsões de simulação do clima futuro. Especificamente, seu estudo mostrou que:"(i) os extremos compostos de VPD e SM ocorrem muito mais frequentemente do que o esperado se VPD e SM não estiverem intimamente ligados, (ii) esta coevolução de seca e aridez resulta em perdas substanciais de carbono do ecossistema, e (iii) os impactos desses extremos compostos se fortalecerão no futuro. "

Ao testar suas hipóteses, Zhou e colegas coletaram dados de observações diárias de 66 locais de torres de fluxo, principalmente localizados em locais de latitude baixa e média, e avaliou a relação entre SM, VPD, produtividade líquida do ecossistema (NEP), produtividade primária bruta (GPP), e respiração total do ecossistema (TER). NEP é uma medida do orçamento de carbono terrestre, enquanto GPP e TER são métricas constituintes da NEP, representando fotossíntese e respiração, respectivamente. A análise estatística desses dados confirmou uma correlação forte e bimodal entre SM e VPD em ambos os extremos; isso é, baixo SM e alto VPD tenderam a co-ocorrer, assim como alto SM e baixo VPD. Além disso, eles descobriram que eventos de baixa SM-alta VPD tendem a co-ocorrer cerca de duas vezes mais que cada variável considerada independentemente, e que as condições de baixo SM-alto VPD tendiam a se tornar mais fortemente acopladas à medida que se tornavam mais extremas. Na presença de condições extremas de baixo SM-alto VPD, GPP e NEP diminuíram, enquanto TER permaneceu relativamente estável.

Para comparar e verificar suas observações dos dados da torre de fluxo, o grupo examinou simulações centenárias de condições climáticas históricas (1871-1970) e futuras projetadas (2001-2100) em relação a 15 ESMs. Esses ESMs confirmaram a correlação negativa entre SM e VPD e permitiram aos pesquisadores mapear áreas do globo em que o fator de multiplicação de probabilidade, a principal medida estatística deste estudo, foi particularmente pronunciado. De importância, o sudeste dos EUA, a região amazônica, África do Sul, e Leste e Sudeste Asiático demonstraram forte interação SM-VPD em modelos ESM históricos e futuros. Esses modelos ESM previram aumentos na frequência e intensidade dos eventos SM-VPD compostos, que terá um impacto global significativo na capacidade continental de sumidouro de carbono.

Ao avaliar este impacto futuro de VPD-SM extremo nos ESMs, os investigadores projetaram um declínio na absorção de carbono. Com relação à maioria das regiões não boreais entre 50 graus de latitude norte e 50 graus de latitude sul (onde a maioria dos dados da torre de fluxo foram coletados), TER diminuiu. Tanto o GPP quanto o TER, conforme afetados por eventos compostos VPD-SM, foram associados a "anomalias NEP negativas ... em mais de 75% da área de terra durante os dois períodos [de simulação histórica e futura de ESM]". Resumindo, "tremendos aumentos projetados na taxa de co-ocorrência e magnitude de extremos simultâneos de VPD e SM em muitas regiões globalmente" resultarão em reduções drásticas na capacidade de absorção de carbono dos ecossistemas.

Os dados do ESM também mostraram que as anomalias NEP resultantes de eventos SM-VPD extremos compostos eram muito mais fortes do que as anomalias resultantes de eventos extremos decorrentes de apenas uma dessas variáveis. Os resultados diferiram regionalmente na avaliação dos efeitos aditivos de uma variável extrema contra outra em relação à absorção de carbono no contexto de simulações históricas e futuras. O SM extremamente baixo foi projetado para ter um impacto maior na NEP do que o VPD extremamente alto no Hemisfério Norte, embora esta descoberta não se aplique às bacias do Amazonas e do Congo no hemisfério sul. O efeito adicional de SM extremamente baixo no GPP mostrou ser muito maior do que o efeito de VPD extremamente alto para quase todas as massas de terra em simulações futuras, Contudo.

Zhou e colegas também levam em consideração o fator atenuante do fenômeno conhecido como CO ₂ fertilização, em que a taxa de fotossíntese aumenta nas plantas devido ao aumento do dióxido de carbono atmosférico. Apesar deste deslocamento, A absorção global de carbono ainda deve diminuir. Os investigadores observam algumas incertezas em seus métodos e modelos, por exemplo, o fato de seus modelos não levarem em consideração a capacidade adaptativa das plantas às mudanças climáticas. Eles também exigem um trabalho futuro para separar os efeitos de VPD e SM conforme eles se aplicam a modelos de ecossistema, uma vez que se espera que o VPD aumente substancialmente em todo o mundo, enquanto as projeções SM parecem se aplicar menos universalmente.

Para concluir, o grupo afirma, "nossos resultados destacam a importância dos eventos compostos de seca e aridez e seu impacto na absorção de carbono continental, e a necessidade de considerar esses fatores na avaliação dos riscos futuros das mudanças climáticas. Considerando os aumentos projetados na intensidade e frequência de eventos compostos de seca e aridez no século 21, estratégias devem ser desenvolvidas e implementadas para gerenciar riscos e melhorar a capacidade adaptativa. "

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