hvordan skove tiltrækker Regn: en undersøgelse af en ny hypotese

abstrakt

en ny hypotese antyder, at skovdækning spiller en meget større rolle i bestemmelsen af nedbør end tidligere anerkendt. Det forklarer, hvordan skovklædte regioner genererer store strømme i atmosfærisk vanddamp. Under denne hypotese forekommer der høj nedbør i kontinentale interiører som f.eks. Den underliggende mekanisme understreger fordampnings-og kondensations rolle i generering af atmosfæriske trykforskelle og tegner sig for flere fænomener, der forsømmes af eksisterende modeller. Det antyder, at selv lokaliseret skovtab undertiden kan vende et vådt kontinent til tørre forhold. Hvis den overlever kontrol, vil denne hypotese ændre, hvordan vi ser skovtab, klimaændringer, hydrologi og miljøtjenester. Det tilbyder nye undersøgelseslinjer inden for makroøkologi og landskabsøkologi, hydrologi, skovgendannelse og paleoklimater. Det giver også en overbevisende ny motivation for skovbeskyttelse.

livet afhænger af Jordens hydrologiske cyklus, især de processer, der fører fugt fra oceaner til land. Vegetationens rolle forbliver kontroversiel. Lokale mennesker i mange delvist skovklædte regioner mener, at skove “tiltrækker” regn, mens de fleste moderne klimaeksperter ville være uenige. Men en ny hypotese antyder, at lokalbefolkningen kan være korrekt.

verdens hydrologiske systemer ændrer sig hurtigt. Fødevaresikkerhed i mange regioner er stærkt truet af skiftende nedbørsmønstre (Lobell et al. 2008). I mellemtiden har skovrydning allerede reduceret dampstrømme afledt af skove med næsten fem procent (anslået 3000 kubik kilometer om året af en global jordbaseret afledt total på 67.000 km3), med lidt tegn på at bremse (Gordon et al. 2005). Behovet for at forstå, hvordan vegetationsdækning påvirker klimaet, har aldrig været mere presserende.

Makarieva og Gorshkov har udviklet en hypotese for at forklare, hvordan skove tiltrækker fugtig luft, og hvordan kontinentale regioner som f.eks. 2006, Makarieva og Gorshkov 2007 og tilhørende online diskussioner; herefter samlet “Makarieva og Gorshkov”). Konsekvenserne er betydelige. Konventionelle modeller forudsiger typisk et” moderat ” fald på 20 til 30 procent i nedbør efter skovrydning i kontinental skala (Bonan 2008). I modsætning hertil antyder Makarieva og Gorshkov, at selv relativt lokaliseret clearing i sidste ende kan skifte hele kontinentale klimaer fra vådt til tørt, med nedbør faldende med mere end 95 procent i det indre.

mens Makarieva og Gorshkovs publikationer er tekniske og beskriver fysikken bag deres hypotese, forklarer vi de grundlæggende ideer og deres betydning for et bredere publikum. Vi begynder med at bemærke, hvorfor ideerne er troværdige og fortjener varsel. Vi opsummerer derefter den konventionelle forståelse af skov-klima interaktioner og Makarieva og Gorshkovs forslag. Vi fokuserer på tropiske skove. Efter at have undersøgt, hvad der gør disse skove specielle, overvejer vi forskellige implikationer og forskningsmuligheder relateret til Makarieva og Gorshkovs hypotese. Endelig understreger vi vigtigheden af disse ideer til skovbeskyttelse.

troværdig

på trods af betydelig forskning forbliver mekanismerne, der bestemmer det globale klima, dårligt forstået. Enhver konsensusoversigt om klimafysik skal bruge flere ord på at specificere usikkerheder end på fakta (f.eks. På trods af anerkendte fremskridt i de seneste årtier bemærkes ikke alle vigtige indsigter straks blandt de tusinder af offentliggjorte artikler. Makarieva og Gorshkovs arbejde, der fokuserer på ligningerne af atmosfærisk adfærd, synes at have været uretfærdigt ignoreret. Vores egen vurdering såvel som ekspertkollegaer, som vi har konsulteret, er, at Makarieva og Gorshkovs hypotese er interessant og vigtig. Det skal nu undersøges og evalueres.

konventionel forståelse

skovrydning har været impliceret som at bidrage til faldende nedbør i forskellige regioner (herunder Sahel, Vestafrika, Cameroun, Central Amasonienog Indien) såvel som til svækkelse af monsuner (Fu et al. 2002, Gianni et al. 2003, Malhi og Kristian 2005). Men forbindelserne forbliver usikre.

observationer tyder på, at omfattende skovrydning ofte reducerer skydannelse og nedbør og fremhæver sæsonbestemthed (Bonan 2008). Skovrydninger kan forårsage en tydelig, konvektionsdrevet” vegetationsbrise”, hvor fugtig luft trækkes ud af skoven (Laurance 2005). Atmosfærisk turbulens som følge af baldakinens ruhed og temperaturdrevet konvektion menes at forklare den lokaliserede stigning i nedbør, der undertiden er forbundet med fragmenteret skovdækning (Bonan 2008).

da mulighederne for eksperimentelle undersøgelser er begrænsede, er klimaforskere stærkt afhængige af simuleringsmodeller for at fremme deres forståelse. De fleste moderne modeller indebærer et lokalt fald i nedbør efter skovrydning sammen med regionale og endda interkontinentale klimapåvirkninger (Bonan 2008). For klimamodeller er nøgleændringer forbundet med skovrydning reduceret bladarealindeks, roddybde, baldakinens ruhed og ruhedslængde (foranstaltninger, der påvirker luftstrømmen) og højere albedo (reflektivitet). Men disse ændringer, deres interaktioner og påvirkninger og deres afhængighed af sammenhænge og skalaer forstås kun bredt. Der er stadig mange usikkerheder, især om indflydelsen af fordampning, konvektion, skyudvikling og aerosoler og landdækning, og om hvordan ændringer i Skydække omsættes til ændringer i nedbør (IPCC 2007).

genbrug

atmosfærisk fugt stammer fra oceanisk og jordbaseret fordampning. Regn stammer fra jordbaserede kilder og bidrager til lokal nedbør kaldes “genanvendt.”Konventionelle forklaringer på vådt kontinentalt interiør understreger sådan genbrug-men tilføjer tallene?

andelen af genanvendt regn, et mål, der afhænger af omfanget af det betragtede område, viser ringe konsistent forskel mellem våde og tørre regioner: anslået 25 Til 60 procent i amason (f.eks. Marengo 2005), 28 procent i Nilen-regionen (Mohamed et al. 2005), mere end 50 procent for sommerregn i det midtvestlige USA (Bosilovich og Schubert 2002) og mere end 90 procent for Sahel (Savenije 1995). Det, der er forvirrende ved våde områder, er ikke andelen af genanvendelse, men spørgsmålet om, hvad der driver de indadgående strømme af atmosfærisk fugt, der kræves for at erstatte det, der strømmer ud gennem floder (Savenije 1996).

konventionel teori giver ingen klar forklaring på, hvordan flade lavland i kontinentale interiører opretholder våde klimaer. Makarieva og Gorshkov viser, at hvis kun “konventionelle mekanismer” (inklusive genbrug) gælder, skal nedbør falde eksponentielt med afstand fra havene. Forskere har tidligere forvirret over en manglende mekanisme til at redegøre for observerede nedbørsmønstre (Eltahir 1998). Makarieva og Gorshkovs hypotese tilbyder en elegant løsning: de kalder det en “pumpe.”

en atmosfærisk fugtpumpe

trykgradienter drevet af temperatur og konvektion anses for at være de vigtigste drivkræfter for luftstrømme i konventionel meteorologisk videnskab. Makarieva og Gorshkov hævder, at betydningen af fordampning og kondens er blevet overset.

Makarieva og Gorshkov gør opmærksom på, at under typiske atmosfæriske forhold overstiger partialtrykket af vanddamp nær jordens overflade meget vægten af vandet i atmosfæren over det. De hævder, at denne ubalance kan generere kraftige luftstrømme. Kraft skyldes den måde, temperatur og tryk begge falder med højden i troposfæren (lavere atmosfære). Når det lodrette temperaturfald (“bortfaldshastighed”) er mindre end den kritiske værdi på 1.2 grader Celsius (liter C) pr.km, atmosfærisk vand kan forblive statisk og i gasformig tilstand. Men den globale gennemsnitlige bortfaldsprocent er mere end 6 liter C pr. Ved disse højere hastigheder stiger vanddamp og kondenserer. Reduktionen i atmosfærisk volumen, der finder sted under denne gas-til-væske-faseændring, medfører en reduktion i lufttrykket. Dette fald i trykket er rutinemæssigt blevet overset.

luftstrømme nær jordens overflade strømmer til hvor trykket er lavest. Ifølge Makarieva og Gorshkov er dette de områder, der har de højeste fordampningshastigheder. I ækvatoriale klimaer opretholder skove højere fordampningshastigheder end andre dæktyper, herunder åbent vand. Således trækker skove fugtig luft fra andre steder; jo større skovarealet er, desto større er mængden af fugtig luft trukket ind (se figur 1). Denne ekstra fugt stiger og kondenserer igen, hvilket genererer en positiv feedback, hvor en stor del af vandet, der kondenserer som skyer over våde områder, trækkes ind fra andre steder. Driverne (solstråling) og grundlæggende termodynamiske begreber og forhold er de samme som i konventionelle modeller, og de fleste adfærd er således identiske—forskellen ligger i, hvordan kondens inkorporeres.

Figur 1.

Makarieva og Gorshkovs “biotiske pumpe.”Atmosfærisk volumen reduceres med en højere hastighed over områder med mere intensiv fordampning (faste lodrette pile, bredder angiver relativ strømning). Det resulterende lave tryk trækker yderligere fugtig luft (åbne vandrette pile) fra områder med svagere fordampning. Dette fører til en nettooverførsel af atmosfærisk fugt til de områder med den højeste fordampning. (a) under fuld solskin opretholder skove højere fordampning end oceaner og trækker således fugtig havluft ind. (B) i ørkener er fordampningen lav, og luft trækkes mod oceanerne. C) i sæsonbestemte klimaer kan solenergi være utilstrækkelig til at opretholde skovfordampning med højere hastigheder end dem over oceanerne i en vintertørre sæson, og oceanerne trækker luft fra landet. Men om sommeren genoprettes høje skovfordampningshastigheder (som i panel a). (D) med skovtab falder nettoinddampningen over jorden og kan være utilstrækkelig til at opveje det fra havet: luft vil strømme mod havet, og Landet bliver tørt og ude af stand til at opretholde skove. e) på våde kontinenter tillader kontinuerlig skovdækning, der opretholder høj fordampning, at store mængder fugtig luft trækkes ind fra kysten. Ikke vist i diagrammer: tør luft vender tilbage i højere højder, fra vådere til tørre områder, for at fuldføre cyklussen, og intern genanvendelse af regn bidrager væsentligt til nedbørsmønstre i kontinental skala. Kilde: Tilpasset fra ideer præsenteret i Makarieva og Gorshkov (2007).

Figur 1.

Makarieva og Gorshkovs “biotiske pumpe.”Atmosfærisk volumen reduceres med en højere hastighed over områder med mere intensiv fordampning (faste lodrette pile, bredder angiver relativ strømning). Det resulterende lave tryk trækker yderligere fugtig luft (åbne vandrette pile) fra områder med svagere fordampning. Dette fører til en nettooverførsel af atmosfærisk fugt til de områder med den højeste fordampning. (a) under fuld solskin opretholder skove højere fordampning end oceaner og trækker således fugtig havluft ind. (B) i ørkener er fordampningen lav, og luft trækkes mod oceanerne. C) i sæsonbestemte klimaer kan solenergi være utilstrækkelig til at opretholde skovfordampning med højere hastigheder end dem over oceanerne i en vintertørre sæson, og oceanerne trækker luft fra landet. Men om sommeren genoprettes høje skovfordampningshastigheder (som i panel a). (d) med skovtab falder nettoinddampningen over jorden og kan være utilstrækkelig til at opveje den fra havet: luften vil strømme mod havet, og Landet bliver tørt og ude af stand til at opretholde skove. e) på våde kontinenter tillader kontinuerlig skovdækning, der opretholder høj fordampning, at store mængder fugtig luft trækkes ind fra kysten. Ikke vist i diagrammer: tør luft vender tilbage i højere højder, fra vådere til tørre områder, for at fuldføre cyklussen, og intern genanvendelse af regn bidrager væsentligt til nedbørsmønstre i kontinental skala. Kilde: tilpasset fra ideer præsenteret i Makarieva og Gorshkov (2007).

Makarieva og Gorshkovs skøn, der indeholder volumenændringer fra kondens, antyder, at når skovdækket er tilstrækkeligt, trækkes der nok fugtig luft ind for at opretholde høj nedbør inde i kontinenter. Tallene tilføjes nu: dermed, kondens tilbyder en mekanisme til at forklare, hvorfor kontinental nedbør ikke altid falder med afstanden fra havet.

fordampning og skove

vi skelner mellem to typer fordampning. Transpiration er fordampningsstrømmen fra planter; planter bestemmer denne strømning ved at kontrollere deres stomata (porer på blade og andre overflader). Fordampning fra våde overflader, jord og åbent vand er også vigtigt. Hvilken vej der bidrager mest til den samlede fordampning afhænger af forholdene (Calder 2005, Savenije 2004).

skove fordamper mere fugt end anden vegetation, typisk overstiger strømmen fra urteagtige dækning med en faktor på 10 (Calder 2005). Lukkede tropiske skove fordamper typisk mere end en meter vand om året (Gordon et al. 2005). Nogle fordamper mere end to meter (Loescher et al. 2005).

skovfordampning drager fordel af baldakinhøjde og ruhed, hvilket fører til turbulente luftstrømme. Dette er blevet kaldt “tørresnor effekt”, da det er den samme grund vasketøj tørrer hurtigere på en linje, end når lagt fladt på jorden (Calder 2005). Hvis fugt er tilstrækkelig, begrænses skovfordampning hovedsageligt af solstråling og vejr (Calder et al. 1986, Savenije 2004). Store tropiske træer kan udvise flere hundrede liter vand hver dag (Goldstein et al. 1998).

vandreserver er vigtige. Planter med høje stammevolumener tillader transpiration at overstige rodoptagelse, da stamvandreserverne udtømmes om dagen og genopfyldes om natten (Goldstein et al. 1998, Sheil 2003). Træer (og skovlianer) har typisk dybere rødder end anden vegetation og kan således få adgang til underjordisk fugt under tørke (Calder et al. 1986, Nepstad et al. 1994). Mange skovjord har god vandinfiltration og opbevaringsegenskaber, der ofte går tabt ved skovrydning (2004). Lodret translokation af jordvand gennem skovjordprofilen med rødder om natten kan også være vigtig (Lee et al. 2005). På nogle steder—især skyskove og skove udsat for kystnære tåge—bidrager rigelige bryophytter og tæt løv til effektiv tåge-og dugaflytning. 2007).

Makarieva og Gorshkov antyder, at skove kan påvirke, når regn falder. Nedbør opstår, når kondenseret fugt er ophobet, og opdriften genereret af stigende fugtig luft er lav nok. De bemærker, at fordampningen falder, når planter lukker deres stomata, som ofte forekommer i sidste halvdel af dagen for at lindre fugtspænding (Pons og Veschen 2004). Dette fald kan hjælpe med at forklare, hvorfor de fleste tropiske regn falder efter middag i mange terrestriske (men ikke i marine) indstillinger (Nesbitt og Sipser 2003). Denne forudsigelse kræver undersøgelse.

nedbør transekterer

Makarieva og Gorshkovs hypotese forudsiger to typer kyst til kontinentale indvendige nedbørstendenser (efter en transektsti vinkelret på de regionale isohyets ; Savenije 1995). De foreslår og demonstrerer, at skovfrie transekter uanset placering og sæsonbestemthed viser en næsten eksponentiel reduktion i den årlige nedbør med stigende afstand fra kysten, mens godt skovklædte transekter ikke viser nogen (figur 2).

figur 2.

hvordan nedbør (Nedbør I meter) varierer med stigende Afstand (i kilometer) inde i landet i tre skovklædte (A, B, C) og seks ikke-skovklædte (D, E, F, G, H, I) regioner. Kortet viser omtrentlige placeringer, mens grafen viser trendlinjerne, der passer bedst (P == p0eb dist, hvor P er Nedbør, e er basen for naturlige logaritmer, dist er afstand, P0 er Nedbør ved dist == 0, og b er en konstant, der udtrykker faldhastighed). Disse falder i to grupper: (1) de næsten lineære (forsigtigt stigende) skovklædte transekter (grønne) og (2) de næsten eksponentielt faldende ikke-skovklædte transekter (orange). Kilde: data afledt og genplottet fra Makarieva og Gorshkov (2007).

figur 2.

hvordan nedbør (Nedbør I meter) varierer med stigende Afstand (i kilometer) inde i landet i tre skovklædte (A, B, C) og seks ikke-skovklædte (D, E, F, G, H, I) regioner. Kortet viser omtrentlige placeringer, mens grafen viser trendlinjerne, der passer bedst (P == p0eb dist, hvor P er Nedbør, e er basen for naturlige logaritmer, dist er afstand, P0 er Nedbør ved dist == 0, og b er en konstant, der udtrykker faldhastighed). Disse falder i to grupper: (1) de næsten lineære (forsigtigt stigende) skovklædte transekter (grønne) og (2) de næsten eksponentielt faldende ikke-skovklædte transekter (orange). Kilde: data afledt og genplottet fra Makarieva og Gorshkov (2007).

globale klimamodeller passer muligvis til disse nedbørsmønstre, men de forudsiger dem ikke. Dette er en vigtig sondring. Som Makarieva og Gorshkov bemærker, “er det almindeligt indrømmet, at den moderne repræsentation af atmosfærisk konvektion i GCM’ er er en parameterisering, ikke en teori.”

sæsonbetonet nedbør

hvordan gælder Makarieva og Gorshkovs hypotese i sæsonbetonede troper? Disse monsoonale klimaer skifter mellem to tilstande: våd og tør. Denne omskifter drives af den årlige rytme af solenergi uden for ækvatoriale regioner og dens forskellige indvirkning på land og hav. I stedet for en klassisk temperaturbaseret forklaring er skift i Makarieva og Gorshkovs opfattelse afhængig af relative fordampningsstrømme. I sæsoner med reduceret solenergi fordamper jord mindre fugt end åbent vand (oceanisk fordampning forbliver betydelig selv om vinteren), og havene trækker luft fra landet, hvilket fører til en tør sæson (se figur 1C). Når stærkere solskin vender tilbage, er solenergi igen tilstrækkelig til, at landet fordamper mere fugt end de nærliggende have, hvilket forårsager sving i luftstrømme, der markerer de klassiske monsuner. Omskiftningen afhænger af de positive tilbagemeldinger, der er involveret i fordampnings-nedbørssystemet.

ikke alle sæsonbestemte skift i tropisk nedbør er dog ens. Meget af det tropiske Sydamerika oplever en langvarig tør sæson-men uden en klar omskiftning af luftstrømme, der strømmer til og fra kysten (1998). Især forbliver store områder af disse skove grønne gennem den tørre sæson ved at få adgang til dybe jordfugtighedsreserver, der genopfyldes hver våde sæson. 2007, Myneni et al. 2007). Den resulterende fordampning i tørsæsonen overvinder ikke helt indflydelsen af lavere lufttryk til søs, men ifølge Makarieva og Gorshkov kan den holde forskellen lille og øge sandsynligheden for jordregn.

i makarieva og Gorshkovs hypotese kan våde årstider starte hurtigere, hvis de går forud for høj landbaseret fordampning, og kan begynde senere (eller slet ikke), hvis fordampningen er lav. Denne forudsigelse er i overensstemmelse med observationer i det sydlige Amasonia, hvor alvorlig tørke reducerer vegetationens evne til at udvise og forsinker starten på den våde sæson (Fu og Li 2004). Skovtab og formindsket fordampning kan således reducere penetrationen af monsunregn og reducere varigheden af den våde sæson.

rumlige kontekster og skiftetilstande

Makarieva og Gorshkovs ideer er enige i, men går langt ud over konventionelle klimamodeller, der indebærer, at landlockede klimasystemer, der er mindre bufret af oceaner, er mere sårbare over for ændringer i landdækning end kystområder. 1996), mens skovtab i kystregioner typisk har en bredere klimapåvirkning (van der Molen et al. 2006). Ifølge Makarieva og Gorshkov, hvis den næsten kontinuerlige skov, der er nødvendig for at transportere fugtig luft fra kyster til kontinentale interiører, afbrydes, stopper strømmen af atmosfærisk fugt. Således kan rydning af et skovbånd nær kysten være tilstrækkeligt til at tørre et vådt kontinentalt indre ud. Desuden kan rydning af nok skov inden for det større skovområde skifte netto fugttransport fra Hav-til-land til land-til-hav, hvilket efterlader rester af skove, der skal udtørres. Det er klart, at sådanne risici skal vurderes og forstås.

som en illustration foreslår Makarieva og Gorshkov, at et skovklædt Australien blev “skiftet” til ørken af forhistoriske bosættere. Aboriginal afbrænding reducerede kystskove, hvilket førte til kontinental udtørring. Er det troværdigt? Juryen forbliver ude. Mennesker ankom til Australien i den sidste istid, hvor meget af verden var tørrere end den er nu. Bestemt Australien har været godt skovklædt i fortiden, men så igen har tørre episoder fundet sted før menneskelig ankomst (Morley 2000).

søgningen efter yderligere beviser

hvor ellers, bortset fra transektdataene og tidspunktet for monsuner, kan vi søge bevis for eller imod Makarieva og Gorshkovs hypotese? Formentlig, i dybe kontinentale interiører omgivet af forsvindende skov ville mønsteret være ideelt. Desværre, hvor gode langsigtede data om regn og skov er tilgængelige, er de fra kystregioner, hvor havklima hersker, og i bjergområder, hvor nedbør styres af terræn. Den bredt citerede observation om, at et århundrede med regnregistre i de nu stærkt skovklædte foden af Karnataka, det sydlige Indien, kun er forbundet med et mindre fald i årlige regndage, er således ikke særlig lysende (Meher-Homji 1980).

Data om klimavariabilitet kan være mere afslørende: Makarieva og Gorshkovs hypotese antyder, at skovtab vil være forbundet med et tab af stabiliserende feedback og øget klimatisk ustabilitet. I Brasiliens Atlanterhavsskov er netop en sådan sammenhæng blevet påvist mellem reduceret trædækning og øget lokal mellemårig variation i nedbør. 2005).

nye undersøgelser

Makarieva og Gorshkovs hypotese har konsekvenser for mange forskellige områder. Vi overvejer kort nogle.

vandudbytter.

Makarieva og Gorshkovs forudsigelse og demonstration af forskellige nedbørsmønstre over skove og ikke-skovklædte transekter er overbevisende. Men disse er generaliseringer: de ignorerer variationer i landform og dækningstyper inden for hver transekt og indflydelsen af luftcirkulationsmønstre (den ideelle transektretning varierer gennem året). De forudsiger ikke opførsel af fugtig luft over blandede skov/ikke—skovtransekter-de regioner, hvor skovdækket ofte forsvinder hurtigst. Satellitobservationer (f.eks. 2009) og forskellige eksisterende data, såsom dem fra Det Internationale Geosphere Biosphere-program transekter, kan kaste mere lys over disse mønstre (se www.igbp.kva.se). Sammen med flere feltdata kræves lokale og regionale simulatorer, hvor mekanismer, scenarier og konsekvenser kan udforskes.

hydrologiske afvejninger i modificerede landskaber er skalaafhængige. I standardvisningen, godt verificeret af feltdata, resulterer en markant reduktion af skovbaldakin i mindre vand tabt til fordampning og øget lokal afstrømning (Calder 2005). I modsætning hertil antyder Makarieva og Gorshkovs hypotese, at vand fordampet af skove typisk returneres med interesse, så vi ville forvente et fald i nedbør, hvilket fører til lavere afstrømning over en bredere region, hvis skovene er udtømt.

Brand.

brandskadernes rolle i skovforringelse er en etableret positiv feedback: når en skov allerede er brændt eller på anden måde forstyrret og beskadiget, bliver den mere brandfarlig og dermed mere tilbøjelig til at brænde igen (Laurance 2005). Makarieva og Gorshkovs hypotese tilføjer tørke til denne cyklus. Brand beskadiger de egenskaber, der holder skovene fugtige og ikke—brændbare-de samme egenskaber, der driver Makarieva og Gorshkovs pumpe. Brand reducerer bladarealet og roddensiteterne, der er ansvarlige for hydraulisk løft, og svækker således vegetationens evne til at opretholde understory Fugtighed. Reduceret fordampning reducerer igen nedbør, hvilket fører til øget tørke, større brandbarhed og øget brandrisiko—hvilket tilføjer en yderligere og uvelkommen positiv feedback i nedbrydningscyklussen.

Vegetation feedbacks.

Makarieva og Gorshkovs hypotese rejser spørgsmål vedrørende feedbacks rolle i landskabsøkologi. For eksempel er den mest konkurrencedygtige bladfænologiske adfærd afhængig af klimaet. Blandt træer er stedsegrønne blade begunstiget af høj sæsonbestemt uforudsigelighed og også af lav sæsonbestemt variation i fugtighedstilgængelighed, mens løvfældende løv er begunstiget af intense og udvidede tørke såvel som af sæsonbestemt forudsigelighed (Givnish 2002). Derudover skylles nogle løvtræer (dvs., producerer nye blade) godt før—og nogle først efter—regnen kommer, med førstnævnte begunstiget i mere forudsigelige sæsonmæssige sammenhænge og sidstnævnte under mere uregelmæssige forhold. Makarieva og Gorshkovs hypotese indebærer, at denne adfærd ved at påvirke fordampningshastigheden vil påvirke klimaet. I monsunregioner tilskynder stedsegrønne og tidligt skyllende løvfældende vegetation den tørre sæson til at slutte hurtigere og mere regelmæssigt, mens løvskove med sen skylning oplever længere tørre årstider. Ved anvendelse af Makarieva og Gorshkovs hypotese forventer vi, at disse fænologiske adfærd favoriserer de klimatiske forhold, som de bedst tilpasses.

men ikke alle feedbacks er nødvendigvis positive. For eksempel udgør stedsegrønne lianer en betydelig del af baldakinen i mange sæsonbestemte tropiske skove, hvor deres dominans synes begunstiget af den lange tørre sæson (2005). Eventuelle resulterende stigninger i nedbør bør favorisere træerne over lianerne.

udvikling og emergent stabilitet.

har skovene udviklet sig til at generere regn? Denne ide berører de meget debatterede muligheder for emergent selvstabiliserende adfærd (eller” Gaia”; f.eks. Lenton og van Oijen 2002). Træer og skove har udviklet sig adskillige gange i Jordens historie, hvilket antyder en gentagen tendens til at generere rige, selvvandende jordbaserede levesteder. Som de tidligere diskussioner illustrerer, er der mulighed for selvstabiliserende interaktioner at opstå (se også Makarieva og Gorshkov 2007). Men da de egenskaber, der kræves til en effektiv skovpumpe, også gavner de enkelte træer, ser det ud til, at enhver pumpe fremkommer som en evolutionær konsekvens af individuel konkurrence-det øger skovens omfang, men det er ikke derfor, det udviklede sig.

Paleoklimater.

Makarieva og Gorshkovs hypotese giver med sin klimakontakt nye vendinger til gamle kontroverser. Menneskelig ankomst til tidligere ubeboede regioner i løbet af de sidste 50.000 år er altid forbundet med udryddelser, især blandt større fauna (som i det ovenfor nævnte eksempel i Australien). Klimaændringernes samtidige rolle, betragtet som et naturligt fænomen, diskuteres fortsat (Koch og Barnosky 2006). Hvis alvorlige klimapåvirkninger sandsynligvis kan skyldes gamle, menneskeskabte habitatændringer, skal begivenhedssekvensen revurderes i denne ramme.

Makarieva og Gorshkovs hypotese fortæller os ikke, hvordan skove kan genoprettes efter de katastrofale begivenheder, der punkterer Jordens historie (Morley 2000). Dette spørgsmål vil kræve, at vi afslører feedbackprocesserne og tærsklerne, der fungerer rumligt i forskellige skalaer, og de påvirkninger, der virker på dem. Hypotesen hævder bestemt ikke, at sådanne grønninger ikke kan forekomme. Formentlig kan en skov etablere sig selv på et vådt kyststed, hvor nedbør falder eksponentielt med afstand fra kysten, og det kan gå gradvist ind i landet og trække fugtig luft med det. Makarieva og Gorshkovs hypotese kan tydeliggøre, hvordan Sydamerika, men ikke Afrika, formåede at opretholde store, våde indvendige klimaer gennem tidligere glacialer. Måske i Afrika påvirkede tilstedeværelsen af store planteædere og forfædres mennesker med ild balancen mellem skov og ikke-skovvegetation, hvilket reducerede stabiliteten og tillod klimaet at skifte.

forvaltet vegetation.

i modsætning til Makarieva og Gorshkov, der foreslår, at kun naturlige og intakte skove kan opretholde en fungerende atmosfærisk pumpe, formoder vi, at sekundær skov og plantager kan have ønskelige fordampningsegenskaber (se f.eks. 2008). Mens den højere brændbarhed af sådan vegetation antyder et mindre vådt miljø, hvilket igen indebærer en mindre effektiv pumpe, er sådanne egenskaber ikke uundgåelige og kan påvirkes af ledelsen. Disse egenskaber skal undersøges.

grønne ørkener.

kunne vi en dag skov verdens ørkener? Makarieva og Gorshkovs hypotese antyder, at vi måske. I modsætning til de fleste konventionelle modeller indebærer Makarieva og Gorshkovs beregninger, at når først skove er etableret i disse regioner, ville den biotiske pumpe være kraftig nok til at vande dem. På trods af skalaerne og de uundgåelige tekniske og etiske udfordringer kan sådanne projekter blive lettere at finansiere og gennemføre, efterhånden som kulstofkoncentrationerne stiger (Brovkin 2002).

Outlook

hvis Makarieva og Gorshkovs hypotese viser sig at være gyldige, vil der fortsat være vigtige spørgsmål om, hvordan den biotiske pumpemekanisme interagerer med andre processer for at give en mere detaljeret redegørelse for lokalt, regionalt og globalt klima. Hvis hypotesen viser sig at være mangelfuld, vil der stadig være behov for en mekanisme til at forklare vådt kontinentalt interiør.

accept af den biotiske pumpe ville føje til de værdier, som samfundet placerer på skovdække. Ved at rejse regionale bekymringer over vand kræver accept af Makarieva og Gorshkovs biotiske pumpe opmærksomhed fra forskellige lokale aktører, herunder mange, der ellers ikke bryder sig meget om at opretholde skovdækning.

anerkendelser

vi takker Anastassia Makarieva, Victor Gorshkov, Antonio Nobre, Ian Calder, Meine van Noordvijk, Ulvgang Cramer og tre anonyme korrekturlæsere for værdifulde kommentarer. Vi takker også Claire Miller og Miriam van Heist for redaktionelle forslag, og CIFOR-biblioteket og Biblioteket for at finde referencer. D. S. blev støttet af et tilskud fra Europa-Kommissionen til Center for International skovbrugsforskning og af støtte fra Naturbevarelsessamfundet til Institute of Tropical Forest Conservation.

referencer Citeret

Bonan
GB

.

2008

.

skove og klimaændringer: tvinger feedback og klimafordele ved skove

.

videnskab
320

:

1444

1449

.

Bosilovich
MG

Schubert
SD

.

2002

.

vanddampsporere som diagnostik af den regionale hydrologiske cyklus

.

Tidsskrift for Hydrometeorologi
3

:

149

165

.

Brovkin
V

.

2002

.

klima-vegetation interaktion

.

tidsskrift de Fysik IV
12

:

57

72

.

Bruijnseel
LA

.

2004

.

hydrologiske funktioner i tropiske skove: ikke at se Jorden for træerne?
landbrug økosystemer og miljø
104

:

185

228

.

Calder
IR

.

2005

.

Den Blå Revolution: Arealanvendelse og integreret forvaltning af vandressourcer

. 2. udgave.

London

:

Earthscan

.

Calder
IR

ir
IR

Murdiyarso
D

.

1986

.

en undersøgelse af fordampning fra tropisk regnskov—Vest Java

.

Tidsskrift for hydrologi
89

:

13

31

.

Diet
J

Leuschner
C

Holscher
D

Kreilein
H

.

2007

.

lodrette mønstre og varighed af overfladevådhed i en tropisk montanskov med gammel vækst, Indonesien

.

Flora
202

:

111

117

.

Eltahir
EAB

.

1998

.

en jordfugtighed–nedbørsmekanisme, 1: Teori og observationer

.

Vandressourcer Forskning
34

:

765

776

.

Fu
C

Harasa
H

Kasyanov
V

Kim
J-V

Ojima
D

Vil
Å

S

.

2002

.

Regional-global interaktion i Østasien

. Sider

109

149

i

Tyson
P

sjov
C

Fuchs
R

Lebel
L

Mitra
AP

Odada
E

Perry
J

Steffen
V

Virji
H

, eds.

globale regionale forbindelser i jordsystemet

.

Berlin

:

Springer

.

Fu
R

Li
H

.

2004

.

landoverfladens indflydelse på overgangen fra tør til våd sæson i Amasonia

.

teoretisk og anvendt klimatologi
78

:

97

110

.

Gianni
A

Saravanan
R

Chang
P

.

2003

.

oceanisk tvang af Sahel-nedbør i mellemårlige til interdecedale tidsskalaer

.

videnskab
302

:

1027

1030

.

Givnish
TJ

.

2002

.

adaptiv betydning af stedsegrønne vs. løvfældende blade: løsning af det tredobbelte paradoks

.

Silva Fennica
36

:

703

743

.

Goldstein
G

Andrade
JL

MEINSER
FC

Holbrook
NM

Cavelier
J

Jackson
P

Celis
A

.

1998

.

Stamvand opbevaring og daglige mønstre af vandforbrug i tropiske skov baldakin træer

.

plante, celle og miljø
21

:

397

406

.

Gordon
LJ

Steffen
V

Jonsson
BF

Folke
C

Falkenmark
M

Johannessen
A

.

2005

.

menneskelig ændring af global vanddamp strømmer fra landoverfladen

.

Proceedings af Det Nationale Videnskabsakademi
102

:

7612

7617

.

Det Mellemstatslige Panel om klimaændringer

.

2007

.

Klimaændringer 2007: Det Fysiske Videnskabsgrundlag

.

Cambridge (Det Forenede Kongerige)

:

Cambridge University Press

. (

18. februar 2009

; www.ipcc.ch/ipccreports/ar4-wg1.htm)

Juares
RIN

Hodnett
MG

Fu
R

Goulden
ML

von Randov
C

.

2007

.

kontrol af tør sæson evapotranspiration over den amasoniske skov som udledt af observationer på et sydligt Amasonskovsted

.

Tidsskrift for klima
20

:

2827

2839

.

Koch
PL

Barnosky
AD

.

2006

.

sene kvaternære udryddelser: debatens tilstand

.

årlig gennemgang af økologi Evolution og systematik
37

:

215

250

.

Laurance
VANDRAMMEORDNING

.

2005

.

skov-klima interaktion i fragmenterede tropiske landskaber

. Sider

31

38

i

Malhi
Y

Phillips
O

, eds.

tropiske skove og globale atmosfæriske ændringer

.

Copenhagen (Denmark)

:

Copenhagen University Press

.

Lee J
E

Oliveira
RS

Davidson
TE

Fung
I

.

2005

.

Rodfunktion ændrer sæsonbestemt klima

.

Proceedings af Det Nationale Videnskabsakademi
102

:

17576

17581

.

Lenton
TM

van Oijen
M

.

2002

.

Gaia som et komplekst adaptivt system

.

filosofiske transaktioner af Royal Society of London B
357

:

683

695

.

Lobell
DB

Burke
MB

Tebaldi
C

Mastrandrea
MD

Falcon
VP

Naylor
RL

.

2008

.

prioritering af klimatilpasningsbehov for fødevaresikkerhed i 2030

.

videnskab
319

:

607

610

.

Loescher
HV

Gholts
HL

Jacobs
JM

Oberbauer
SF

.

2005

.

Energidynamik og modelleret evapotranspiration fra en våd tropisk skov i Costa Rica

.

Tidsskrift for hydrologi
315

:

274

294

.

Makarieva
er

Gorshkov
VG

.

2007

.

biotisk pumpe af atmosfærisk fugt som driver af den hydrologiske cyklus på land

.

hydrologi og Jordsystemvidenskab
11

:

1013

1033

.

Makarieva
er

Gorshkov
VG

Li
BL

.

2006

.

bevarelse af vandcyklus på land via restaurering af naturlige lukkede skove: konsekvenser for regional landskabsplanlægning

.

Økologisk Forskning
21

:

897

906

.

Malhi
Y

J
J

.

2005

.

slutningen af det tyvende århundrede mønstre og tendenser i klimaet i tropiske skovområder

. Sider

3

16

i

Malhi
Y

Phillips
O

, eds.

tropiske skove og globale atmosfæriske ændringer

.

Copenhagen (Denmark)

:

Copenhagen University Press

.

Marengo
JA

.

2005

.

egenskaber og spatio-temporal variabilitet af flodbassinet Vandbudget

.

Klima Dynamik
24

:

11

22

.

Meher-Homji
VM

.

1980

.

konsekvenser af skovrydning på nedbør i det vestlige Karnataka, Indien

.

arkiv for meterologi, geofysik og Bioklimatologi
28B

:

385

400

.

Mohamed
YA

van den Hurk
B

Savenije
HHG

Bastiaanssen
arbejdsgruppe

.

2005

.

Nilens Hydroklimatologi: resultater fra en regional klimamodel

.

hydrologi og Jordsystemvidenskab
9

:

263

278

.

Morley
RJ

.

2000

.

oprindelse og udvikling af tropiske regnskove

.

Chichester (Det Forenede Kongerige)

:

Viley

.

Myneni
RB

, et al. .

2007

.

store sæsonudsving i bladområde af regnskove

.

Proceedings af Det Nationale Videnskabsakademi
104

:

4820

4823

.

Nepstad
DC

de Carvalho
CR

Davidson
EA

J PPP
PH

Lefebvre
PA

Negreiros
GH

da Silva
ED

sten
TA

Trumbore
SE

Vieira
S

.

1994

.

de dybe roders rolle i de hydrologiske og kulstofkredsløb i amasoniske skove og græsgange

.

Natur
372

:

666

669

.

Nesbitt
SV

lynlås
EJ

.

2003

.

den daglige cyklus af nedbør og konvektiv intensitet i henhold til tre års TRMM-målinger

.

Tidsskrift for klima
16

:

1456

1475

.

Olchev
A

Ibrom
A

Priess
J

Erasmim
S

Leemhuis
C

Tolv
A

Radler
K

Kreilein
H

Panferov
O

Gravenhorst
G

.

2008

.

virkninger af ændringer i arealanvendelsen på fordampningstranspiration af tropisk regnskovsmarginområde i det centrale Sulavesi (Indonesien): Modelleringsundersøgelse med en regional SVAT-tilstand

.

Økologisk Modellering
212

:

131

137

.

Pons
TL

velkommen
RAM

.

2004

.

Middagsdepression af netto fotosyntese i det tropiske regnskovstræ Eperua grandiflora: Bidrag fra stomatale og interne konduktanser, respiration og Rubisco-funktion

.

Træfysiologi
23

:

937

947

.

Savenije
HHG

.

1995

.

nye definitioner for genanvendelse af fugt og forholdet til ændringer i arealanvendelsen i Sahel

.

Tidsskrift for hydrologi
167

:

57

78

.

Savenije
HHG

.

1996

.

afstrømningskoefficienten som nøglen til genanvendelse af fugt

.

Tidsskrift for hydrologi
176

:

219

225

.

Savenije
HHG

.

2004

.

betydningen af aflytning og hvorfor vi bør slette udtrykket evapotranspiration fra vores ordforråd

.

Hydrologiske Processer
18

:

1507

1511

.

SA

.

2005

.

en mekanistisk forklaring på globale mønstre af liana overflod og distribution

.

Amerikansk Naturforsker
166

:

262

276

.

Sheil
D

.

2003

.

Vækstvurdering i tropiske træer: store daglige diameterudsving og deres skjul af dendrometerbånd

.

Canadisk Tidsskrift for Skovforskning
33

:

2027

2035

.

van Der Molen
MK

Dolman
AJ

Vandsløj
MJ

Bruijnseel
LA

.

2006

.

klimaet påvirkes mere af maritim end af kontinentale arealanvendelsesændringer: en analyse med flere skalaer

.

Global og planetarisk forandring
54

:

128

149

.

Vang
J

Chagnon
FJF

Vilhelm
ER

Betts
AK

Renno
Nej

Machado
LTT

Bisht
G

r
R

BH ‘ er
RL

.

2009

.

skovrydningens indvirkning på klimatologi i skyen

.

Proceedings of the National Academy of Sciences
Online tidligt
(offentliggjort online før udskrivning 23.februar 2009). doi: 10. 1073 / pnas.0810156106

B
TJ

træ
FI

Hannah
L

Gaston
KJ

.

2005

.

skovdækning-regnforhold i et hotspot for biodiversitet: Brasiliens Atlanterhavsskov

.

Økologiske Anvendelser
15

:

1968

1983

.

Jang
H

Henderson-Sælgere
A

McGuffie
K

.

1996

.

virkninger af tropisk skovrydning, i: procesanalyse af lokale klimaændringer

.

Tidsskrift for klima
9

:

1497

1517

.

jy
JY

Lau
KM

.

1998

.

findes der et monsunklima over Sydamerika?
Tidsskrift for klima
11

:

1020

1040

.

forfatter noter

Douglas Sheil (e-mail: [email protected] eller [email protected]) er med Institut for Tropical Forest Conservation, Mbarara University of Science and Technology, i Kabale, Uganda. Han og Daniel Murdiyarso er med Center for International Forestry Research i Jakarta, Indonesien.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.