El campo de la ciencia del clima parece contener muchos ejemplos de alarmantes ciclos de retroalimentación descontrolados, ciclos viciosos, y efectos sinérgicos perjudiciales inimaginables que surgen dentro de los sistemas terrestres, por ejemplo, el efecto albedo con respecto al derretimiento del hielo marino; o derretir el permafrost liberando más metano para acelerar aún más el proceso de derretimiento. Una nueva investigación realizada por un equipo de la Universidad de Columbia continúa en esta línea con los resultados de su estudio reciente publicado en Avances de la ciencia . El estudio, "Incrementos de intensidad proyectados, frecuencia, y los costos del carbono terrestre de los eventos compuestos de sequía y aridez, "muestra que el efecto compuesto de la humedad del suelo (SM) y el déficit de presión de vapor (VPD) sobre la absorción de carbono terrestre es mayor que el efecto de cualquiera de las variables cuando se consideran por separado, y que estas dos condiciones tienden a reforzarse mutuamente.

La sequía y el calor excesivo son dos formas de clima extremo que han tenido, y seguirá teniendo, un gran impacto en los sistemas naturales, así como en las comunidades humanas y los sistemas que dependen de ellos. Una tercera dinámica climática, aridez atmosférica, es una medida combinada de temperatura y humedad atmosférica, encapsulado en la métrica de VPD. SM y VPD son indicadores reconocidos de la absorción de carbono y el uso del agua por las plantas en tiempos de sequía. y se sabe que las ocurrencias extremas de ambos indicadores (VPD alto o SM bajo) provocan que los estomas de las plantas se estrechen o se cierren, limitando así la absorción de carbono. VPD y SM son condiciones que también se sabe que coexisten, y aunque a menudo se han evaluado de forma independiente en el pasado, Un objetivo importante de este estudio fue comprender mejor la relación entre las dos variables que ocurren en conjunto.

Los investigadores han caracterizado los efectos compuestos de VPD y SM como "impulsados ​​por una serie de procesos físicos complementarios, "de los cuales un SM bajo contribuye a una evapotranspiración disminuida. La evapotranspiración reducida a su vez conduce a un aumento de la temperatura y un VPD más alto (debido a la disminución del enfriamiento por evaporación y la humedad cerca de la superficie). El VPD incrementado genera una mayor evapotranspiración, que a su vez acelera las disminuciones en SM. La co-ocurrencia de VPD y SM en este círculo vicioso ha ido en aumento desde mediados del siglo XX, y estos eventos concurrentes han aumentado en frecuencia e intensidad. Se predice que este patrón aumentará continuamente en el futuro previsible junto con las tendencias de calentamiento.

Al explorar la relación entre SM y VPD, Zhou y sus colegas también analizaron su efecto en los escenarios climáticos futuros, especialmente con respecto a cómo los datos observados se correspondían con varios modelos del sistema terrestre (ESM), en términos de su precisión en relación tanto con las simulaciones históricas pasadas como con las predicciones de la simulación climática futura. Específicamente, su estudio mostró que:"(i) los extremos compuestos de VPD y SM ocurren con mucha más frecuencia de lo esperado si VPD y SM no están íntimamente acoplados, (ii) esta coevolución de la sequía y la aridez resulta en pérdidas sustanciales de carbono del ecosistema, y (iii) los impactos de estos extremos compuestos se fortalecerán en el futuro ".

Al probar sus hipótesis, Zhou y sus colegas recopilaron datos de observaciones diarias de 66 sitios de torres de flujo, ubicados principalmente en ubicaciones de latitud baja y media, y evaluó la relación entre SM, VPD, productividad neta del ecosistema (NEP), productividad primaria bruta (GPP), y respiración total del ecosistema (TER). NEP es una medida del balance de carbono terrestre, mientras que GPP y TER son métricas constituyentes de NEP, que representa la fotosíntesis y la respiración, respectivamente. El análisis estadístico de estos datos confirmó una correlación fuerte y bimodal entre SM y VPD en ambos extremos; es decir, SM bajo y VPD alto tendían a coexistir al igual que SM alto y VPD bajo. Es más, encontraron que los eventos de baja SM-alta VPD tendían a coexistir con aproximadamente el doble de frecuencia que cada variable considerada de forma independiente, y que las condiciones de VPD bajo SM-alto tendían a acoplarse más estrechamente a medida que se volvían más extremas. En presencia de condiciones extremadamente bajas de SM-VPD alto, GPP y NEP disminuyeron, mientras que TER se mantuvo relativamente estable.

Para comparar y verificar sus observaciones a partir de los datos de la torre de flujo, El grupo examinó simulaciones centenarias de condiciones climáticas históricas (1871-1970) y futuras proyectadas (2001-2100) frente a 15 ESM. Estos ESM confirmaron la correlación negativa entre SM y VPD y permitieron a los investigadores mapear áreas del mundo en las que el factor de multiplicación de probabilidad, la principal medida estadística de este estudio, fue particularmente pronunciado. De nota, el sureste de EE. UU., la región amazónica, Africa del Sur, y el este y el sudeste de Asia demostraron una fuerte interacción SM-VPD en los modelos de ESM históricos y futuros. Estos modelos de ESM predijeron aumentos tanto en la frecuencia como en la intensidad de los eventos compuestos de SM-VPD, lo que tendrá un impacto global significativo en la capacidad continental de sumidero de carbono.

Al evaluar este impacto futuro de VPD-SM extremo en los ESM, los investigadores proyectaron una disminución en la absorción de carbono. Con respecto a la mayoría de las regiones no boreales entre 50 grados de latitud norte y 50 grados de latitud sur (donde se recopilaron la mayoría de los datos de la torre de flujo), TER disminuyó. Tanto GPP como TER afectados por eventos compuestos de VPD-SM se asociaron con "anomalías negativas de NEP ... en más del 75% del área terrestre durante los dos períodos [históricos y futuros de simulación de ESM]". En resumen, "Los tremendos aumentos proyectados en la tasa de co-ocurrencia y la magnitud de extremos concurrentes de VPD y SM en muchas regiones a nivel mundial" resultarán en reducciones drásticas en la capacidad de absorción de carbono de los ecosistemas.

Los datos de ESM también mostraron que las anomalías de NEP resultantes de eventos extremos compuestos de SM-VPD fueron mucho más fuertes que las anomalías resultantes de eventos extremos derivados de solo una de estas variables. Los resultados difirieron regionalmente al evaluar los efectos aditivos de una variable extrema frente a otra en relación con la absorción de carbono en el contexto de simulaciones históricas y futuras. Se proyectó que el SM extremadamente bajo tendría un mayor impacto en la NEP que el VPD extremadamente alto en el hemisferio norte, aunque este hallazgo no se aplicó a las cuencas del Amazonas y el Congo en el hemisferio sur. El efecto adicional de SM extremadamente bajo en GPP demostró ser mucho mayor que el efecto de VPD extremadamente alto para casi todas las masas de tierra en simulaciones futuras. sin embargo.

Zhou y sus colegas también tienen en cuenta el factor atenuante del fenómeno conocido como CO ₂ fertilización, por lo que la tasa de fotosíntesis aumenta en las plantas debido al aumento del dióxido de carbono atmosférico. Sin embargo, a pesar de esta compensación, todavía se prevé que disminuya la absorción mundial de carbono. Los investigadores notan algunas incertidumbres en sus métodos y modelos, por ejemplo, el hecho de que sus modelos no tienen en cuenta la capacidad de adaptación de las plantas al cambio climático. También piden un trabajo futuro para separar los efectos de VPD y SM según se apliquen a los modelos de ecosistemas, dado que se espera que la VPD aumente sustancialmente en todo el mundo, mientras que las proyecciones SM parecen aplicarse de manera menos universal.

En conclusión, el grupo dice, "Nuestros resultados destacan la importancia de los eventos compuestos de sequía y aridez y su impacto en la absorción de carbono continental, y la necesidad de considerar estos factores en la evaluación de los riesgos futuros del cambio climático. Teniendo en cuenta los aumentos previstos en la intensidad y frecuencia de los episodios compuestos de sequía y aridez en el siglo XXI, deben desarrollarse e implementarse estrategias para gestionar los riesgos y mejorar la capacidad de adaptación ".

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