Сколько пьет растение и скорость, с которой оно выделяет воду или выделяет воду, частично зависит от уровня влажности в воздухе и почве. Согласно новому исследованию Стэнфордского университета, глобальное потепление изменит этот процесс больше, чем предполагалось ранее.
В документе, опубликованном 1 июня в журнале Nature Climate Change, показано, что современные климатические модели недооценивают, насколько сильно растения рационализируют потребление воды в ответ на сухой воздух, и переоценивают влияние сухой почвы.
Результаты показывают, что растения во многих регионах будут блокировать меньше воды, чем ожидалось, во время жарких засух в будущем, оставляя больше воды, доступной для просачивания в водохранилища, подземные водоносные горизонты, реки, озера и ручьи.
«Это хорошие новости», – сказала соавтор исследования Александра Конингс, доцент кафедры наук о Земле в Стэнфордской школе наук о Земле, энергии и окружающей среде (Stanford Earth). Тем не менее, у результатов есть и обратная сторона: хотя водные ресурсы могут быть меньше истощены, рост растений и поглощение углерода, вероятно, пострадают больше, чем предсказывает большинство моделей.
«Будет ли растения лучше переносить засухи в будущем – это более сложный вопрос», – сказал ведущий автор Янлан Лю, научный сотрудник лаборатории Конингса. "Но теперь мы знаем, что растения будут использовать меньше воды, чем ожидалось."
Для сельскохозяйственных культур это означает, что наилучшие доступные оценки будущих потребностей в воде, роста и уязвимости, «вероятно, будут неправильными» в периоды, когда атмосфера очень сухая, сказал другой из авторов исследования, Мукеш Кумар, доцент кафедры гражданская, строительная и экологическая инженерия в Университете Алабамы.
Атмосферная сухость "зашкаливает"
Ученые специально рассмотрели компонент климатических моделей, который оценивает суммарное испарение, которое относится к скорости, с которой поверхность земли и растения возвращают воду в атмосферу. «Так большая часть водного баланса в любой конкретной экосистеме идет на эвапотранспирацию, это имеет значение для того, сколько воды остается для водных ресурсов для людей», – сказал Конингс. "Это также сильно влияет на погоду и климат."
Обычный подход к моделированию рассматривает этот динамический процесс в большей или меньшей степени как функцию влажности почвы. «Это нереально, потому что растительность реагирует на засуху в зависимости от количества воды в листьях», – сказал Конингс.
Немногие климатические модели пытаются разделить влияние сухой почвы и сухого воздуха при прогнозировании изменений эвапотранспирации. «Используемые сейчас модели работают очень хорошо, если вы усредняете влажные и сухие условия в течение нескольких лет, но не во время засухи», – сказал Конингс, который также является научным сотрудником Центра Стэнфордского Вудского института. Среда.
Эта запутанность становится все более проблематичной в условиях изменения климата. В некоторых горячих точках по всему миру эпизоды опасно влажной жары становятся все более серьезными и частыми.
Но по мере повышения температуры, по словам Конингса, большинство засух будет сопровождаться относительно сухим воздухом. Более горячий воздух может просто удерживать больше водяного пара, чем более холодный воздух, а это означает, что атмосфера становится менее насыщенной, если она нагревается без дополнительной воды.
В результате, хотя будущие изменения влажности почвы трудно предсказать и, вероятно, будут варьироваться в зависимости от региона, она сказала: «Атмосферная засушливость резко возрастет."
Введение гидравлики
Исследователи смоделировали влияние этой высыхания на привычки питья растений, увеличив масштабирование реакции гидравлической системы растения – труб и клапанов внутри корней, стеблей и листьев растения. Они разработали математические методы для получения показателей эвапотранспирации из комбинации широко доступных наборов данных, включая записи о структуре почвы, высоте растительного покрова, типах растений и потоках углерода и водяного пара на 40 участках по всему миру. Затем они сверяли свои методы с ограниченными реальными измерениями эвапотранспирации.
Сама по себе разработка гидравлической модели – не первое. Но исследователи пошли дальше, сравнив различные подходы к модели, чтобы понять влияние гидравлики завода в различных условиях.
Они обнаружили, что наиболее широко используемые подходы для оценки суммарного испарения пропускают около 40 процентов эффекта сухого воздуха. Это похоже на прогноз погоды, в котором не упоминается холодный ветер или удушающая влажность.
Эффект сильнее всего – а текущие прогнозы наиболее ошибочны – в тех местах, где растения наименее приспособлены к засухе. Конингс сказал: "Мы были удивлены, что это произвело такой большой эффект."