Badanie prowadzone pod kierunkiem NASA pokazuje, że rozkład opadów w ciągu roku – w szczególności częstotliwość i intensywność opadów – jest prawie tak samo istotny dla globalnego stanu roślinności, jak całkowita ilość rocznych opadów.
Badania wskazują, że rzadsze, ale obfitsze opady deszczu mogą przynieść korzyści roślinom w suchych regionach, takich jak południowo-zachodnie Stany Zjednoczone, jednocześnie potencjalnie szkodząc roślinom w bardziej wilgotnych ekosystemach, takich jak lasy deszczowe Ameryki Środkowej, ze względu na dłuższe okresy suszy.
Wpływ wzorców opadów na globalną roślinność
Badanie prowadzone pod kierunkiem NASA wykazało, że sposób, w jaki opady deszczu w ciągu roku, ma niemal tak samo istotne znaczenie dla roślinności na świecie, jak całkowita ilość opadów. Opublikowano 11 grudnia w Naturabadania pokazują, że nawet jeśli roczne sumy opadów są podobne, wzrost roślin może znacznie się różnić w zależności od tego, czy opady deszczu będą występować w mniejszych, intensywniejszych ulewach, czy też częstszych i lżejszych.
Rośliny żyjące w suchych środowiskach, na przykład na południowym zachodzie Stanów Zjednoczonych, dobrze się rozwijały, gdy deszcz padał w skoncentrowanych ulewach, czerpiąc korzyści z intensywnego, ale sporadycznego nasiąkania. Z kolei roślinność w wilgotnych regionach, takich jak lasy deszczowe Ameryki Środkowej, często borykała się z problemami w tych warunkach, prawdopodobnie z powodu niezdolności do wytrzymania dłuższych okresów suszy pomiędzy burzami.
Rola zmienności opadów
Naukowcy oszacowali wcześniej, że prawie połowa roślinności na świecie kształtowana jest głównie przez ilość opadów spadających w ciągu roku. Mniej dobrze poznana jest rola codziennej zmienności, powiedział główny autor Andrew Feldman, hydrolog i badacz ekosystemów w[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Shifting precipitation patterns are producing stronger rainstorms — with longer dry spells in between — compared to a century ago.
“You can think of it like this: if you have a house plant, what happens if you give it a full pitcher of water on Sunday versus a third of a pitcher on Monday, Wednesday, and Friday?” said Feldman. Scale that to the size of the U.S. Corn Belt or a rainforest and the answer could have implications for crop yields and ultimately how much carbon dioxide plants remove from the atmosphere.
Insights from Advanced Satellite Analysis
The team, including researchers from the U.S. Department of Agriculture and multiple universities, analyzed two decades of field and satellite observations, spanning millions of square miles. Their study area encompassed diverse landscapes from Siberia to the southern tip of Patagonia.
They found that plants across 42% of Earth’s vegetated land surface were sensitive to daily rainfall variability. Of those, a little over half fared better — often showing increased growth — in years with fewer but more intense wet days. These include croplands as well as drier landscapes like grasslands and deserts.
In contrast, broadleaf (e.g., oak, maple, and beech) forests and rainforests in lower and middle latitudes tended to fare worse under those conditions. The effect was especially pronounced in Indo-Pacific rainforests, including in the Philippines and Indonesia.
Statistically, daily rainfall variability was nearly as important as annual rainfall totals in driving growth worldwide.
Rosnące rośliny emitują światło wykrywalne przez satelity NASA krążące setki mil nad Ziemią. Na tej wizualizacji, przedstawiającej przeciętny rok, zdają się błyszczeć części Ameryki Północnej. Szary wskazuje regiony z niewielką fluorescencją lub bez niej; czerwony, różowy i biały wskazują na wysoką fluorescencję. Źródło: Studio Wizualizacji Naukowej NASA
Czerwone światło, zielone światło
Nowe badanie opierało się głównie na zestawie misji i zestawach danych NASA, w tym na programie Integrated Multi-SatellitE Retrievals for GPM (IMERG), który co 30 minut podaje wielkość opadów deszczu i śniegu dla większości planety za pomocą sieci międzynarodowych satelitów.
Aby ocenić codzienną reakcję roślin, naukowcy obliczyli, jak zielony jest dany obszar na zdjęciach satelitarnych. „Zieloność”znany również jako znormalizowany różnicowy wskaźnik roślinności, jest powszechnie stosowany do oceny gęstości i stanu roślinności. Śledzili także słabe czerwonawe światło emitowane przez rośliny fotosyntezakiedy roślina pochłania światło słoneczne, aby przekształcić dwutlenek węgla i wodę w pożywienie, z jej chlorofilu „wyciekają” niewykorzystane fotony. To słabe światło nazywa się fluorescencja indukowana energią słonecznąi jest charakterystycznym znakiem kwitnącej roślinności.
Niewidoczną gołym okiem fluorescencję roślin można wykryć za pomocą instrumentów znajdujących się na pokładach satelitów, takich jak należące do NASA Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2). Wystrzelona w 2014 roku sonda OCO-2 obserwowała Środkowy Zachód Stanów Zjednoczonych silnie fluoryzujące w sezonie wegetacyjnym.
Feldman powiedział, że odkrycia podkreślają istotną rolę, jaką rośliny odgrywają w przemieszczaniu węgla wokół Ziemi – w procesie zwanym obiegiem węgla. Roślinność, w tym uprawy, lasy i łąki, tworzy ogromny „pochłaniacz” dwutlenku węgla, pochłaniając nadmiar dwutlenku węgla z atmosfery.
„Dokładniejsze zrozumienie tego, jak rośliny rozwijają się lub zanikają z dnia na dzień, burza za burzą, może pomóc nam lepiej zrozumieć ich rolę w tym krytycznym cyklu” – powiedział Feldman.
Odniesienie: „Wrażliwość roślinności na dużą skalę globalną na zmienność dziennych opadów” autorstwa Andrew F. Feldmana, Alexandry G. Konings, Pierre’a Gentine, Mitry Cattry, Lixin Wang, Williama K. Smitha, Joela A. Biedermana, Abhisheka Chatterjee, Joanny Joiner i Benjamin Poulter, 11 grudnia 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08232-z
W badaniu uczestniczyli także naukowcy z Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA (JPL) w południowej Kalifornii, USDA Agricultural Research Service, Uniwersytet Stanforda, Uniwersytet KolumbiiUniwersytet Indiana i Uniwersytet Arizony.
