Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Độ nhạy của chu trình carbon ở dãy Alps châu Âu đối với các thay đổi về khí hậu và đất đai
Tóm tắt
Các đánh giá về tác động của biến đổi toàn cầu lên trữ lượng carbon trong các vùng núi cho đến nay chưa nhận được nhiều sự chú ý, mặc dù vai trò đáng kể của các khu vực này đối với chu trình carbon toàn cầu. Chúng tôi đã sử dụng hệ thống mô phỏng thủy sinh thái khu vực RHESSys trong năm lưu vực nghiên cứu điển hình từ các vùng khí hậu khác nhau ở dãy Alps châu Âu để khảo sát hành vi của chu trình carbon dưới điều kiện khí hậu và sử dụng đất đang thay đổi được xác định từ các kịch bản SRES của IPCC. Mục tiêu của nghiên cứu này là phân tích sự khác biệt trong chu trình carbon giữa các vùng khí hậu khác nhau của dãy Alps và khám phá sự khác biệt giữa tác động của các kịch bản SRES khác nhau (A1FI, A2, B1, B2), và giữa một số mô hình tuần hoàn toàn cầu (GCMs, tức là, HadCM3, CGCM2, CSIRO2, PCM). Kết quả mô phỏng cho thấy rằng xu hướng ấm lên thường làm tăng khả năng lưu giữ carbon trong các lưu vực này trong nửa đầu thế kỷ 21, đặc biệt là trong các khu rừng ngay dưới đường cây. Sau đó, các khu rừng ở độ cao thấp ngày càng giải phóng carbon do sự thay đổi cân bằng giữa các quá trình tăng trưởng và hô hấp, dẫn đến nguồn carbon ròng ở quy mô lưu vực. Các thay đổi trong sử dụng đất có ảnh hưởng mạnh mẽ đến các mô hình khí hậu-induced này. Trong khi mô hình chu trình carbon theo thời gian được mô phỏng có sự tương đồng chất lượng giữa năm lưu vực, thì sự khác biệt định lượng tồn tại do các khác biệt khu vực của các kịch bản khí hậu và sử dụng đất, với ảnh hưởng lớn hơn từ sự thay đổi sử dụng đất. Sự khác biệt trong các mô phỏng với các kịch bản lấy từ một số GCMs dưới một kịch bản SRES có cùng mức độ với sự khác biệt giữa các kịch bản SRES khác nhau từ cùng một GCM duy nhất, cho thấy rằng sự không chắc chắn trong dự báo của các mô hình khí hậu cần được thu hẹp trước khi có thể thực hiện đánh giá tác động chính xác dưới các kịch bản SRES khác nhau ở quy mô địa phương đến khu vực. Chúng tôi kết luận rằng cân bằng carbon của dãy Alps châu Âu có khả năng sẽ thay đổi mạnh mẽ trong tương lai, chủ yếu được điều khiển bởi sự thay đổi sử dụng đất, nhưng cũng bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu. Chúng tôi khuyến nghị rằng việc đánh giá chu trình carbon ở quy mô khu vực tới lục địa nên đảm bảo bao gồm đầy đủ sự khác biệt địa phương về sự thay đổi trong khí hậu và sử dụng đất, đặc biệt là ở những khu vực có địa hình phức tạp.
Từ khóa
#carbon cycling #climate change #land cover #European Alps #RHESSys #IPCC SRES scenariosTài liệu tham khảo
Atkin OK, Tjoelker MG (2003) Thermal acclimation and the dynamic response of plant respiration to temperature. Trends Plant Sci 8(7):343–351
Band LE, Patterson P, Nemani R et al (1993) Forest ecosystem processes at the watershed scale: incorporating hill slope hydrology. Agric For Meteorol 63:93–126
Bebi P, Baur P (2002) Forest expansion in the Swiss Alps: a quantitative analysis of bio-physical and socio-economic causes. Austrian Journal of Forest Science 3/4:217–230
Beniston M, Diaz HF, Bradley RS (1997) Climatic change at high elevation sites: an overview. Clim Change 36:233–251
Beven KJ, Kirkby MJ (1979) A physically based, variable contributing area model of basin hydrology. Hydrol Sci Bull 24:43–69
Cairns DM, Malanson GP (1998) Environmental variables influencing the carbon balance at the alpine treeline: a modeling approach. J Veg Sci 9:676–692
Churkina G, Tenhunen J, Thornton P et al (2003) Analyzing the ecosystem carbon dynamics of four European coniferous forests using a biogeochemistry model. Ecosystems 6:168–184
Cramer W, Bondeau A, Woodward FI et al (2001) Global response of terrestrialecosystem structure and function to CO2 and climate change: results from six dynamic global vegetation models. Glob Chang Biol 7(4):357–373
Ewert F, Rounsevell MDA, Reginster I, Metzger M, Leemans R (2006) Technology development and climate change as drivers of future agricultural land use. In: Brouwer F, McCarl B (eds) Rural lands, agriculture and climate beyond 2015. Series “Environment & Policy”, vol. 46, Springer-Verlag, pp. 33–51
Foley JA, Levis S, Costa MH et al (2000) Incorporating dynamic vegetation cover within global climate models. Ecol Appl 10(6):1620–1632
Gifford RM (2003) Plant respiration in productivity models: conceptualisation, representation and issues for global terrestrial carbon-cycle research. Funct Plant Biol 30:171–186
Goodale CL, Apps MJ, Birdsey RA et al (2002) Forest carbon sinks in the Northern Hemisphere. Ecol Appl 12:891–899
Gordon WS, Famiglietti JS, Fowler NL, Kittel TGF, Hibbard KA (2004) Validation of simulated runoff from six terrestrial ecosystem models: results from VEMAP. Ecol Appl 14:527–545
Huber U, Bugmann H, Reasoner M (eds) (2005) Global change and mountain regions: a state of knowledge overview. Advances in global change research. Springer, Berlin Heidelberg New York, p 650
Huxman TE, Turnipseed AA, Sparks JP et al (2003) Temperature as a control over ecosystem CO2 fluxes in a high- elevation, subalpine forest. Oecologia 134(4):537–546
IPCC (Intergovernmental Panel of Climate Change) (2000) Special report on emission scenarios. Cambridge University Press, Cambridge, UK
Janssens IA, Freibauer A, Ciais P et al (2003) Europe’s terrestrial biosphere absorbs 7 to 12% of European anthropogenic CO2 emissions. Science 300:1538–1542
Karjalainen T, Pussinen A, Liski J et al (2003) Scenario analysis of the impacts of forest management and climate change on the European forest sector carbon budget. Forest Pol Econ 5:141–155
Kirschbaum MUF (2000) Forest growth and species distribution in a changing climate. Tree Physiol 20:309–322
Körner C (1998) A re-assessment of high elevation treeline positions and their explanation. Oecologia 115(4):445–459
Körner C, Paulsen J (2004) A world-wide study of high altitude treeline temperatures. J Biogeogr 31:713–722
Kramer K (1996) Phenology and growth of European trees in relation to climate change. Institute for Forestry and Nature Research, Wageningen, Landbouw Universiteit
Loveys BR, Atkinson LJ, Sherlock DJ et al (2003) Thermal acclimation of leaf and root respiration: an investigation comparing inherently fast- and slow-growing plant species. Glob Chang Biol 9:895–910
Mitchell TD, Carter TR, Jones PD et al (2004) A comprehensive set of high-resolution grids of monthly climate for Europe and the globe: the observed record (1901–2000) and 16 scenarios (2001–2100). Tyndall Centre Working Paper. (http://www.tyndall.ac.uk/publications/working_papers/wp55_summary.shtml)
Mooney HA, Canadell J, Chapin FS III et al (1999) Ecosystem physiology responses to global change. In: Walker B, Steffen W, Canadell J, Ingram J (eds) The terrestrial biosphere and global change. Cambridge University Press, Cambridge, UK pp 141–189
Morales P, Smith P, Sykes MT et al (2005) Comparing ecosystem model predictions of carbon and water fluxes in major European forest biomes. Glob Chang Biol 11:2211–2233
Nabuurs, GJ, Schelhaas MJ, Mohren GMJ et al (2003) Temporal evolution of the European forest sector carbon sink from 1950 to 1999. Glob Chang Biol 9:152–160
Reginster I, Rounsevell MDA (2003) Land use change scenarios for Europe. LUCC Newsl 9:10–11
Running SW, Hunt ERJ (1993) Generalization of a forest ecosystem process model for other biomes, BIOME-BGC, and an application for global-scale models. In: Ehleringer JR, Field CB (eds) Scaling physiological processes: leaf to globe. Academic, San Diego, CA, pp 141–158
Running SW, Nemani RR, Hungerford RD (1987) Extrapolation of synoptic meteorological data in mountainous terrain and its use for simulating forest evapotranspiration and photosynthesis. Can J For Res 17(6):472–483
Schimel D, Kittel TGF, Running S et al (2002) Carbon sequestration studied in Western U.S. mountains. EOS 83(40):445–448
Schmid S, Zierl B, Bugmann H (2006) Analyzing the ecosystem carbon dynamics of central European forests: comparison of Biome-BGC simulations with measurements. Reg Environ Change 6:167–180
Semenov MA, Barrow EM (1997) Use of a stochastic weather generator in the development of climate change scenarios. Clim Change 35:397–414
Sitch S, Smith B, Prentice IC et al (2003) Evaluation of ecosystem dynamics, plant geography and terrestrial carbon cycling in the LPJ dynamic global vegetation model. Glob Chang Biol 9(2):161–185
Smith P (2004) Carbon sequestration in croplands: the potential in Europe and the global context. Eur J Agron 20(3):229–236
Tague CL, Band LE (2004) RHESSys: regional hydro-ecologic simulation system: an object-oriented approach to spatially distributed modeling of carbon, water and nutrient cycling. Earth Interact 8(19):1–42
Thornton PE, Law BE, Gholz HL et al (2002) Modeling and measuring the effects of disturbance history and climate on carbon and water budgets in evergreen needleleaf forests. Agric For Meteorol 113:185–222
Tjoelker MG, Oleksyn J, Reich PB (2001) Modelling respiration of vegetation: evidence for a general temperature-dependent Q10. Glob Chang Biol 7(2):223–230
Valentini R, Matteucci G, Dolman AJ et al (2000) Respiration as the main determinant of carbon balance in European forests. Nature 404:861–865
Van Dijk A, Dolman AJ (2004) Estimates of CO2 uptake and release among European forests based on eddy covariance data. Glob Chang Biol 10:1445–1459
Waring RH, Running SW (1998) Forest ecosytems, analysis at multiple scales. Academic, New York, p 370
White MA, Running SW, Thornton PE (1999) The impact of growing-season length variability on carbon assimilation and evapotranspiration. Int J Biometeorol 42:139–145
Zierl B, Bugmann H, Tague CL (2007) Evaluation of water and carbon fluxes in the ecohydrological model RHESSys. Hydrol Process (in press)