土壤碳研究减少了预测气候变化影响的不确定性

- 编辑:大众自然网 -

土壤碳研究减少了预测气候变化影响的不确定性

美国能源部和美国农业部的研究人员使用新的全球模型来研究环境控制者如何影响土壤有机碳,从而改变大气碳浓度并影响气候。预测可能有利于行业缓解计划。

大自然提供了无数的方法来保持它的健康。比较成功的指标之一是其土壤有机碳的状况,或由腐烂的植被或动物产品组成的土壤有机部分中碳的浓度。碳水平的微小变化就能极大地改变大气中的碳浓度,并影响气候。

“土壤有机碳研究是十分重要的,因为它是土壤性质,提供了大量的生态系统服务对人类处于待发状态等污染物,保护生物多样性,保护和净化的水,增加土壤肥力,和减轻气候变化的影响,“Umakant Mishra说,地理空间科学家在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室。

美国农业部和美国能源部的几个国家实验室(包括Argonne实验室)开展了一项合作,旨在预测和模拟美国大陆不同空间尺度下环境控制因素或土壤形成因素对土壤有机碳的影响,这些因素包括气候、生物、地形、母质和时间。

土壤有机碳研究的结果旨在减少预测全球碳、气候反馈和相关气候变化的不确定性。它们还可以提供更多的确定性,说明未来极端气候将如何影响许多行业的活动,从农业和作物保险行业到自然资源保护行业。

研究人员第一次能够生成缩放算法占这么大的地理区域通过使用大量的最近可用的野外观察,大量的环境因素和机器学习algorithm-an人工智能方法,可以从特定的数据逐步改善预测的新,类似的数据。

在这种情况下,尺度是指假定土壤有机碳属性相似的区域,尺度将从一个空间尺度收集到的信息应用到另一个空间尺度。该区域被分解成网格单元的模式,研究中使用的空间尺度从100米的分辨率到网格中心之间50公里的距离不等。

“土壤有机碳含量在不同的采样地点有所不同,这就是为什么我们需要在具有代表性的地点进行采样,如果我们打算捕获研究区域土壤属性的空间异质性,”Mishra说。

除了更准确地预测气候变化之外,他和他的合作者在研究中创建的比例算法对于地球系统模型很重要,比如美国能源部的Exascale地球系统模型。

米什拉指出,在生物地球化学/自然科学中,标度是一个传统上被忽视的问题,人们认为与空间标度相关的属性或过程可以应用于更小或更大的标度。但在现实中,情况并非如此。

目前用于预测未来全球碳气候反馈和相关气候变化的地球系统模型在粗略的空间尺度(50-100公里)上运行,目前无法以与实地观测一致的方式表示环境控制者及其对土壤有机碳的影响。

“环境因素对土壤有机碳的控制与目前陆地表面模型的观测结果不一致,”他补充说。“我们相信,我们在这项研究中开发的尺度函数,是从大地理区域的大量样本中提取的,可以提高地球系统模型中地表土壤有机碳的空间表征。”

在该小组最近的研究结果中,模型显示,在更细的尺度上,地形和土壤属性是土壤有机碳的重要控制因素。在尺度较粗的一端,气候和土地利用因素是重要的控制因素。

该研究的一篇题为《土壤有机碳随尺度变化的环境控制者的重要性和强度》的文章发表在2020年10月1日的Geoderma杂志上(2020年6月23日在线发表)。