hur skogar lockar Regn: en undersökning av en ny hypotes

Abstrakt

en ny hypotes tyder på att skogsskydd spelar en mycket större roll för att bestämma nederbörd än tidigare erkänt. Det förklarar hur skogsområden genererar storskaliga flöden i atmosfärisk vattenånga. Under denna hypotes förekommer hög nederbörd i kontinentala interiörer som Amazonas och Kongo flodbassänger bara på grund av nästan kontinuerligt skogsskydd från inre till kust. Den underliggande mekanismen betonar rollen av avdunstning och kondensation för att generera atmosfäriska tryckskillnader och står för flera fenomen som försummas av befintliga modeller. Det tyder på att även lokal skogsförlust ibland kan vända en våt kontinent till torra förhållanden. Om den överlever granskning kommer denna hypotes att förändra hur vi ser på skogsförlust, klimatförändringar, hydrologi och miljötjänster. Det erbjuder nya undersökningslinjer inom makroekologi och landskapsekologi, hydrologi, skogsåterställning och paleoklimat. Det ger också en övertygande ny motivation för skogsvård.

livet beror på jordens hydrologiska cykel, särskilt de processer som transporterar fukt från hav till land. Vegetationens roll är fortfarande kontroversiell. Lokalbefolkningen i många delvis skogsområden tror att skogar ”lockar” regn, medan de flesta moderna klimatexperter skulle vara oense. Men en ny hypotes tyder på att lokalbefolkningen kan vara korrekt.

världens hydrologiska system förändras snabbt. Livsmedelssäkerhet i många regioner hotas starkt av förändrade regnmönster (Lobell et al. 2008). Under tiden har avskogning redan minskat ångflöden som härrör från skogar med nästan fem procent (uppskattningsvis 3000 kubik kilometer per år av en global terrestrisk härledd totalt 67 000 km3), med lite tecken på avmattning (Gordon et al. 2005). Behovet av att förstå hur vegetationskåpan påverkar klimatet har aldrig varit mer brådskande.

Makarieva och Gorshkov har utvecklat en hypotes för att förklara hur skogar lockar fuktig luft och hur kontinentala regioner som Amazonasbassängen förblir våta (Makarieva et al. 2006, Makarieva och Gorshkov 2007, och tillhörande online-diskussioner; hädanefter, kollektivt ”Makarieva och Gorshkov”). Konsekvenserna är betydande. Konventionella modeller förutspår vanligtvis en” måttlig ” 20 till 30 procent nedgång i nederbörd efter avskogning i kontinentalskala (Bonan 2008). Däremot föreslår Makarieva och Gorshkov att även relativt lokaliserad clearing i slutändan kan byta hela kontinentala klimat från vått till torrt, med nederbörd som minskar med mer än 95 procent i inredningen.

medan Makarieva och Gorshkovs publikationer är tekniska och beskriver fysiken bakom deras hypotes, förklarar vi de grundläggande ideerna och deras betydelse för en bredare publik. Vi börjar med att notera varför ideerna är trovärdiga och meriterande. Vi sammanfattar sedan den konventionella förståelsen av skogsklimatinteraktioner och Makarieva och Gorshkovs förslag. Vi fokuserar på tropiska skogar. Efter att ha undersökt vad som gör dessa skogar speciella överväger vi olika konsekvenser och forskningsmöjligheter relaterade till Makarieva och Gorshkovs hypotes. Slutligen understryker vi vikten av dessa tankar för skogsvård.

trovärdig

trots betydande forskning är mekanismerna som bestämmer det globala klimatet fortfarande dåligt förstådda. Varje konsensusöversikt om klimatfysik måste spendera mer ord på att beskriva osäkerheter än på fakta (t.ex. IPCC 2007). Trots erkända framsteg under de senaste decennierna noteras inte alla viktiga insikter omedelbart bland de tusentals publicerade artiklarna. Makarieva och Gorshkovs arbete, som fokuserar på ekvationerna för Atmosfäriskt beteende, verkar ha blivit orättvist ignorerat. Vår egen bedömning, liksom expertkollegor som vi har konsulterat, är att Makarieva och Gorshkovs hypotes är intressant och viktig. Det måste nu granskas och utvärderas.

konventionell förståelse

avskogning har varit inblandad som bidragande till minskande nederbörd i olika regioner (inklusive Sahel, Västafrika, Kamerun, centrala Amazonia och Indien), liksom att försvaga monsuner (Fu et al. 2002, Gianni et al. 2003, Malhi och Wright 2005). Men länkarna är fortfarande osäkra.

observationer tyder på att omfattande avskogning ofta minskar molnbildning och nederbörd och accentuerar säsongsmässighet (Bonan 2008). Skogsröjningar kan orsaka en distinkt, konvektionsdriven” vegetationsbris ” där fuktig luft dras ut ur skogen (Laurance 2005). Atmosfärisk turbulens som härrör från baldakin grovhet och temperaturdriven konvektion tros förklara den lokala ökningen av nederbörd som ibland är förknippad med fragmenterat skogsskydd (Bonan 2008).

eftersom möjligheterna till experimentella undersökningar är begränsade, är klimatforskare starkt beroende av simuleringsmodeller för att främja deras förståelse. De flesta moderna modeller innebär en lokal nedgång i nederbörd efter avskogning, tillsammans med regionala och till och med interkontinentala klimatpåverkan (Bonan 2008). För klimatmodellerare är viktiga förändringar i samband med avskogning minskat bladområdesindex, rotdjup, baldakin grovhet och grovhetslängd (åtgärder som påverkar luftflödet) och högre albedo (reflektivitet). Men dessa förändringar, deras interaktioner och influenser, och deras beroende av sammanhang och skalor förstås endast i breda termer. Många osäkerheter kvarstår, särskilt om påverkan av avdunstning, konvektion, molnutveckling och aerosoler och markskydd, och om hur förändringar i Molntäcke översätter till förändringar i nederbörd (IPCC 2007).

återvinning

atmosfärisk fukt härstammar från oceanisk och terrestrisk avdunstning. Regn som härrör från markbundna källor och bidrar till lokal nederbörd kallas ”återvunnet.”Konventionella förklaringar av våta kontinentala interiörer betonar sådan återvinning-men lägger siffrorna upp?

andelen återvunnet regn, ett mått beroende på omfattningen av det betraktade området, visar liten konsekvent skillnad mellan våta och torra regioner: uppskattningsvis 25 till 60 procent i Amazonas (t.ex. Marengo 2005), 28 procent i Nilen (Mohamed et al. 2005), mer än 50 procent för sommarregn i Mellanvästern USA (Bosilovich och Schubert 2002) och mer än 90 procent för Sahel (Savenije 1995). Vad som är förbryllande om våta regioner är inte andelen återvinning, utan frågan om vad som driver de inre flödena av atmosfärisk fukt som krävs för att ersätta det som strömmar ut genom floder (Savenije 1996).

konventionell teori ger ingen tydlig förklaring till hur platta låglandet i kontinentala interiörer upprätthåller våta klimat. Makarieva och Gorshkov visar att om bara ”konventionella mekanismer” (inklusive återvinning) gäller, bör nederbörden minska exponentiellt med avståndet från oceanerna. Forskare har tidigare förbryllat över en saknad mekanism för att redogöra för observerade nederbördsmönster (Eltahir 1998). Makarieva och Gorshkovs hypotes erbjuder en elegant lösning: de kallar det en ”pump.”

en atmosfärisk fuktpump

tryckgradienter som drivs av temperatur och konvektion anses vara de huvudsakliga drivkrafterna för luftflöden i konventionell meteorologisk vetenskap. Makarieva och Gorshkov hävdar att vikten av avdunstning och kondens har förbisetts.

Makarieva och Gorshkov uppmärksammar det faktum att under typiska atmosfäriska förhållanden överstiger partialtrycket av vattenånga nära jordens yta kraftigt vikten av vattnet som hålls i atmosfären ovanför den. De hävdar att denna obalans kan generera kraftfulla luftflöden. Kraft beror på hur temperatur och tryck båda sjunker med höjden i troposfären (lägre atmosfär). När den vertikala temperaturnedgången (”lapse rate”) är mindre än det kritiska värdet på 1.2 grader Celsius (C. I. C.) per km, atmosfäriskt vatten kan förbli statiskt och i gasformigt tillstånd. Men den globala genomsnittliga förfallsfrekvensen är mer än 6 kcal per km. Vid dessa högre hastigheter stiger vattenånga och kondenserar. Minskningen i atmosfärisk volym som sker under denna gas-till-vätskefasförändring orsakar en minskning av lufttrycket. Detta tryckfall har rutinmässigt förbisetts.

luftströmmar nära jordens yta strömmar till där trycket är lägst. Enligt Makarieva och Gorshkov är dessa de områden som har de högsta avdunstningshastigheterna. I ekvatorial klimat upprätthåller skogar högre avdunstningshastigheter än andra täcktyper, inklusive öppet vatten. Således drar skogar in fuktig luft från andra håll; ju större skogsområde, desto större volymer fuktig luft dras in (se figur 1). Denna ytterligare fukt stiger och kondenserar i sin tur och genererar en positiv återkoppling där en stor del av vattenkondenseringen som moln över våta områden dras in från andra håll. Drivkrafterna (solstrålning) och grundläggande termodynamiska begrepp och relationer är desamma som i konventionella modeller, så de flesta beteenden är identiska—skillnaden ligger i hur kondens införlivas.

Figur 1.

Makarieva och Gorshkovs ”biotiska pump.”Atmosfärisk volym minskar i högre takt över områden med mer intensiv avdunstning (fasta vertikala pilar, bredder betecknar relativt flöde). Det resulterande lågtrycket drar in ytterligare fuktig luft (öppna horisontella pilar) från områden med svagare avdunstning. Detta leder till en nettoöverföring av atmosfärisk fukt till de områden med högsta avdunstning. (a) under fullt solsken upprätthåller skogar högre avdunstning än oceaner och drar därmed in fuktig havsluft. (b) i öknar är avdunstningen låg och luft dras mot haven. (c) i säsongsbetonade klimat kan solenergi vara otillräcklig för att upprätthålla skogsindunstning i högre hastigheter än de över oceanerna under en vintertorrsäsong, och oceanerna drar luft från marken. På sommaren återupprättas dock höga skogsavdunstningshastigheter (som i panel a). (d) med skogsförlust minskar nettoförångningen över landet och kan vara otillräcklig för att motverka det från havet: luften kommer att strömma mot havet och landet blir torrt och oförmögen att upprätthålla skogar. E) på våta kontinenter tillåter kontinuerligt skogsskydd med hög avdunstning att stora mängder fuktig luft dras in från kusten. Visas inte i diagram: torr luft återvänder vid högre höjder, från våtare till torrare regioner, för att slutföra cykeln, och intern återvinning av regn bidrar avsevärt till kontinentala regnmönster. Källa: Anpassad från ideer som presenterades i Makarieva och Gorshkov (2007).

Figur 1.

Makarieva och Gorshkovs ”biotiska pump.”Atmosfärisk volym minskar i högre takt över områden med mer intensiv avdunstning (fasta vertikala pilar, bredder betecknar relativt flöde). Det resulterande lågtrycket drar in ytterligare fuktig luft (öppna horisontella pilar) från områden med svagare avdunstning. Detta leder till en nettoöverföring av atmosfärisk fukt till de områden med högsta avdunstning. (a) under fullt solsken upprätthåller skogar högre avdunstning än oceaner och drar därmed in fuktig havsluft. (b) i öknar är avdunstningen låg och luft dras mot haven. (c) i säsongsbetonade klimat kan solenergi vara otillräcklig för att upprätthålla skogsindunstning i högre hastigheter än de över oceanerna under en vintertorrsäsong, och oceanerna drar luft från marken. På sommaren återupprättas dock höga skogsavdunstningshastigheter (som i panel a). d) med skogsförlust minskar nettoförångningen över marken och kan vara otillräcklig för att motverka den från havet: luften kommer att flöda mot havet och landet blir torrt och oförmögen att upprätthålla skogar. E) på våta kontinenter tillåter kontinuerligt skogsskydd med hög avdunstning att stora mängder fuktig luft dras in från kusten. Visas inte i diagram: torr luft återvänder vid högre höjder, från våtare till torrare regioner, för att slutföra cykeln, och intern återvinning av regn bidrar avsevärt till kontinentala regnmönster. Källa: anpassad från ideer presenterade i Makarieva och Gorshkov (2007).

Makarieva och Gorshkovs uppskattningar, som innehåller volymförändringar från kondens, innebär att när skogsskyddet är tillräckligt, dras tillräckligt med fuktig luft in för att upprätthålla hög nederbörd på kontinenterna. Siffrorna lägger nu upp: således, kondens erbjuder en mekanism för att förklara varför kontinental Nederbörd inte alltid minskar med avstånd från havet.

avdunstning och skogar

vi skiljer två typer av avdunstning. Transpiration är förångningsflödet från växter; växter bestämmer detta flöde genom att kontrollera deras stomata (porer på löv och andra ytor). Avdunstning från våta ytor, jordar och öppet vatten är också viktigt. Vilken väg som bidrar mest till övergripande avdunstning beror på förhållanden (Calder 2005, Savenije 2004).

skogar avdunstar mer fukt än annan vegetation, som vanligtvis överstiger flöde från örtartad täckning med en faktor 10 (Calder 2005). Stängda tropiska skogar avdunstar vanligtvis mer än en meter vatten per år (Gordon et al. 2005). Vissa avdunstar mer än två meter (Loescher et al. 2005).

Skogsindunstning drar nytta av kapellhöjd och grovhet, vilket leder till turbulenta luftflöden. Detta har kallats ”klädstreckseffekten”, eftersom det är samma anledning att tvätten torkar snabbare på en linje än när den läggs platt på marken (Calder 2005). Om fukt är tillräcklig begränsas skogsindunstning huvudsakligen av solstrålning och väder (Calder et al. 1986, Savenije 2004). Stora tropiska träd kan genomsyra flera hundra liter vatten varje dag (Goldstein et al. 1998).

vattenreserver är viktiga. Växter med höga stamvolymer tillåter transpiration att överträffa rotupptag, eftersom stamvattenreserverna tappas på dagen och fylls på natten (Goldstein et al. 1998, Sheil 2003). Träd (och skogslianor) har vanligtvis djupare rötter än annan vegetation och kan därmed få tillgång till underjordisk fukt under torka (Calder et al. 1986, Nepstad et al. 1994). Många skogsmarker har god vatteninfiltrering och lagring—egenskaper som ofta förloras med avskogning (Bruijnzeel 2004). Vertikal translokation av markvatten genom skogsmarkprofilen av rötter på natten kan också vara viktigt (Lee et al. 2005). På vissa platser—särskilt molnskogar och skogar som utsätts för kustdimmor—bidrar rikliga bryofyter och tätt lövverk till effektiv dimma och daggavlyssning (Dietz et al. 2007).

Makarieva och Gorshkov föreslår att skogar kan påverka när regn faller. Utfällning sker när kondenserad fukt har ackumulerats och flytkraften som genereras av stigande fuktig luft är tillräckligt låg. De noterar att förångningen minskar när växter stänger sin stomata, vilket ofta inträffar under senare hälften av dagen för att lindra fuktstress (Pons and Welschen 2004). Denna nedgång kan hjälpa till att förklara varför de flesta tropiska regn faller efter middagstid i många markbundna (men inte i Marina) inställningar (Nesbitt och Zipser 2003). Denna förutsägelse kräver utredning.

Regntransekter

Makarieva och Gorshkovs hypotes förutsäger två typer av kust till kontinentala inre regntrender (efter en transektväg vinkelrätt mot de regionala isohyets ; Savenije 1995). De föreslår och visar att, oavsett plats och säsongsmässighet, visar skogsfria transekter en nästan exponentiell minskning av årlig nederbörd med ökande avstånd från kusten, medan välskogade transekter inte visar någon (figur 2).

Figur 2.

hur nederbörd (Nederbörd i meter) varierar med ökande avstånd (i kilometer) inåt landet i tre skogsklädda (A, B, C) och sex icke skogsklädda (D, E, F, G, H, I) regioner. Kartan visar ungefärliga platser, medan grafen visar trendlinjerna som passar bäst (P = = p0eb, där P är Nederbörd, e är basen för naturliga logaritmer, dist är avstånd, P0 är Nederbörd vid dist = = 0, och b är en konstant som uttrycker nedgångshastighet). Dessa faller i två grupper: (1) de nästan linjära (försiktigt stigande) skogsklädda transekterna (grön) och (2) de nästan exponentiellt sjunkande icke-skogsklädda transekterna (orange). Källa: data härledda och replottade från Makarieva och Gorshkov (2007).

Figur 2.

hur nederbörd (Nederbörd i meter) varierar med ökande avstånd (i kilometer) inåt landet i tre skogsklädda (A, B, C) och sex icke skogsklädda (D, E, F, G, H, I) regioner. Kartan visar ungefärliga platser, medan grafen visar trendlinjerna som passar bäst (P = = p0eb, där P är Nederbörd, e är basen för naturliga logaritmer, dist är avstånd, P0 är Nederbörd vid dist = = 0, och b är en konstant som uttrycker nedgångshastighet). Dessa faller i två grupper: (1) de nästan linjära (försiktigt stigande) skogsklädda transekterna (grön) och (2) de nästan exponentiellt minskande icke-skogsklädda transekterna (orange). Källa: data härledda och replottade från Makarieva och Gorshkov (2007).

globala klimatmodeller kan passa dessa regnmönster, men de förutsäger inte dem. Detta är en viktig skillnad. Som Makarieva och Gorshkov noterar, ”är det allmänt erkänt att den moderna representationen av atmosfärisk konvektion i GCMs är en parametrisering, inte en teori.”

Säsongsregn

hur gäller Makarieva och Gorshkovs hypotes i säsongens tropiker? Dessa monsoonala klimat växlar mellan två tillstånd: vått och torrt. Denna omkopplare drivs av den årliga rytmen för solenergi utanför ekvatorialregionerna och dess olika inverkan på land och hav. Snarare än en klassisk temperaturbaserad förklaring, enligt Makarieva och Gorshkovs uppfattning, är omkoppling beroende av relativa avdunstningsflöden. Under säsonger med minskad solenergi avdunstar Mark mindre fukt än öppet vatten (havsfördunstning förblir betydande även på vintern) och haven drar luft från landet, vilket leder till en torr säsong (se figur 1C). När starkare solsken återvänder är solenergi igen tillräcklig för att landet ska avdunsta mer fukt än närliggande hav, vilket orsakar svängning i luftströmmar som markerar de klassiska monsunerna. Växlingen beror på de positiva återkopplingarna som är involverade i avdunstningssystemet.

inte alla säsongsförskjutningar i tropisk Nederbörd är likartade. Mycket av tropiska Sydamerika upplever en långvarig torrsäsong-men utan en tydlig växling av luftströmmar som strömmar till och från kusten (Zhou och Lau 1998). I synnerhet förblir stora områden i dessa skogar gröna under den torra säsongen genom att få tillgång till djupa jordfuktreserver som fylls på varje våt säsong (Juarez et al. 2007, Myneni et al. 2007). Den resulterande torrsäsongens avdunstning övervinner inte helt påverkan av lägre lufttryck till sjöss, men enligt Makarieva och Gorshkov kan den hålla skillnaden liten och öka sannolikheten för markregn.

i Makarieva och Gorshkovs hypotes kan våta årstider börja tidigare om de föregås av hög landbaserad avdunstning och kan börja senare (eller inte alls) om avdunstningen är låg. Denna förutsägelse överensstämmer med observationer i södra Amazonia, där allvarlig torka minskar vegetationens förmåga att dyka upp och försenar början av den våta säsongen (Fu och Li 2004). Skogsförlust och minskad avdunstning kan därmed minska penetrationen av monsunregn och minska den våta säsongens varaktighet.

rumsliga sammanhang och växlingstillstånd

Makarieva och Gorshkovs tankar är överens med, men går långt utöver, konventionella klimatmodeller som innebär att inlandslåsta klimatsystem, som är mindre buffrade av oceaner, är mer sårbara för förändring av landskydd än kustområden (Zhang et al. 1996), medan skogsförlust i kustregioner vanligtvis har en bredare klimatpåverkan (van der Molen et al. 2006). Enligt Makarieva och Gorshkov, om den nästan kontinuerliga skogen som behövs för att förmedla fuktig luft från kuster till kontinentala interiörer bryts, stannar flödet av atmosfärisk fukt. Således kan rensning av ett skogsband nära kusten räcka för att torka ut en våt kontinental inredning. Vidare kan rensning av tillräckligt med skog inom den större skogszonen byta nettofukttransport från hav till land till land, vilket gör att eventuella skogsrester kan torkas. Det är uppenbart att sådana risker måste bedömas och förstås.

som en illustration föreslår Makarieva och Gorshkov att ett skogsbevuxet Australien ”byttes” till öken av förhistoriska bosättare. Aboriginal förbränning minskade kustskogar, vilket ledde till Kontinental uttorkning. Är detta trovärdigt? Juryn är ute. Människor anlände till Australien under den senaste istiden, när mycket av världen var torrare än den är nu. Visst har Australien varit välskogat tidigare, men sedan har torra episoder inträffat före mänsklig ankomst (Morley 2000).

sökandet efter ytterligare bevis

var annars, förutom transektdata och tidpunkten för monsuner, kan vi söka bevis för eller mot Makarieva och Gorshkovs hypotes? Förmodligen, i djupa kontinentala interiörer omgivna av försvinnande skog skulle mönstret vara idealiskt. Tyvärr, där goda långsiktiga data om regn och skog finns tillgängliga, kommer de från kustregioner, där marina klimat råder och i bergsområden, där nederbörd styrs av terräng. Den allmänt citerade observationen att ett århundrade av regnrekord i de nu kraftigt avskogade foten av Karnataka, södra Indien, är förknippad med endast en mindre nedgång i årliga regndagar är således inte särskilt upplysande (Meher-Homji 1980).

data om klimatvariationer kan vara mer avslöjande: Makarieva och Gorshkovs hypotes tyder på att skogsförlust kommer att associeras med en förlust av stabiliserande återkopplingar och ökad klimatinstabilitet. I Brasiliens atlantiska skog har just en sådan korrelation upptäckts mellan minskat trädskydd och ökad lokal interannuell variation i nederbörd (Webb et al. 2005).

nya undersökningar

makarieva och Gorshkovs hypotes har konsekvenser för många olika områden. Vi överväger kortfattat några.

vattenutbyten.

Makarieva och Gorshkovs förutsägelse och demonstration av distinkta regnmönster över skogar och icke-skogsklädda transekter är övertygande. Men det här är generaliseringar: de ignorerar variationer i landform och täcktyper inom varje transekt, och påverkan av luftcirkulationsmönster (den ideala transektriktningen varierar genom året). De förutsäger inte beteendet hos fuktig luft över blandade skogar/icke—skogstransekter-de regioner där skogsskyddet ofta försvinner snabbast. Satellitobservationer (t.ex. Wang et al. 2009) och olika befintliga data, såsom de från International Geosphere Biosphere program transects, kan kasta mer ljus över dessa mönster (se www.igbp.kva.se). Tillsammans med mer fältdata krävs lokala och regionala simulatorer där mekanismer, scenarier och konsekvenser kan undersökas.

hydrologiska avvägningar i modifierade landskap är skalberoende. I standardvyn, väl verifierad av fältdata, resulterar en markant minskning av skogsbalk i mindre vatten förlorat till avdunstning och ökad lokal avrinning (Calder 2005). Däremot antyder Makarieva och Gorshkovs hypotes att vatten som avdunstas av skogar vanligtvis returneras med intresse, så vi förväntar oss en minskning av nederbörden, vilket leder till lägre avrinning över en bredare region, om skogarna är utarmade.

Brand.

brandskadans roll i skogsförstöring är en etablerad positiv feedback: när en skog redan har bränt eller på annat sätt störts och skadats blir den mer brandfarlig och därmed mer sannolikt att brinna igen (Laurance 2005). Makarieva och Gorshkovs hypotes lägger till torka i denna cykel. Brand skadar de egenskaper som håller skogar fuktiga och icke brandfarliga—samma egenskaper som driver Makarieva och Gorshkovs pump. Brand minskar bladytan och rotdensiteterna som är ansvariga för hydraulisk lyft, och försvagar därmed vegetationens förmåga att upprätthålla fuktighet. Minskad avdunstning minskar i sin tur nederbörden, vilket leder till ökad torka, större brandfarlighet och ökad brandrisk—vilket ger ytterligare och ovälkommen positiv feedback i nedbrytningscykeln.

Vegetation återkopplingar.

Makarieva och Gorshkovs hypotes väcker frågor om återkopplingens roll i landskapsekologi. Till exempel är det mest konkurrenskraftiga bladfenologiska beteendet beroende av klimatet. Bland träd gynnas vintergröna lövverk av hög säsongsmässig oförutsägbarhet och även av låg säsongsvariation i fukttillgänglighet, medan lövverk gynnas av intensiva och utökade torka samt av säsongsförutsägbarhet (Givnish 2002). Dessutom spolar vissa lövträd (dvs., producera nya löv) långt före—och några först efter-regnen kommer, med den förra gynnad i mer förutsägbara säsongsmässiga sammanhang och den senare i mer oregelbundna förhållanden. Makarieva och Gorshkovs hypotes innebär att dessa beteenden, genom att påverka förångningsgraden, kommer att påverka klimatet. I monsunregioner uppmuntrar vintergrön och tidig spolande lövvegetation torrsäsongen att sluta tidigare och mer regelbundet, medan senspolande lövskogar upplever längre torra årstider. Med tillämpning av Makarieva och Gorshkovs hypotes förväntar vi oss att dessa fenologiska beteenden gynnar de klimatförhållanden som de bäst anpassas till.

men inte alla återkopplingar är nödvändigtvis positiva. Till exempel utgör vintergröna lianor en betydande del av baldakinen i många säsongsbetonade tropiska skogar, där deras dominans verkar gynnas av den långa torra säsongen (Schnitzer 2005). Eventuella ökningar av nederbörd bör gynna träden över lianerna.

Evolution och framväxande stabilitet.

har skogar utvecklats för att generera regn? Den här tanken berör de mycket debatterade möjligheterna till framväxande självstabiliserande beteende (eller” Gaia”; t.ex. Lenton och van Oijen 2002). Träd och skogar har utvecklats flera gånger i jordens historia, vilket tyder på en upprepad trend för att generera rika, självvattnande markbundna livsmiljöer. Som de tidigare diskussionerna illustrerar finns det utrymme för självstabiliserande interaktioner att uppstå (se även Makarieva och Gorshkov 2007). Men eftersom de egenskaper som krävs för en effektiv skogspump också gynnar de enskilda träden, verkar det som om någon pump framträder som en evolutionär följd av konkurrens på individnivå-det ökar skogsutbredningen, men det är inte därför det utvecklades.

Paleoklimat.

Makarieva och Gorshkovs hypotes, med sin klimatomkoppling, ger nya vändningar till gamla kontroverser. Mänsklig ankomst till tidigare obebodda regioner under de senaste 50 000 åren är alltid förknippad med utrotningar, särskilt bland större fauna (som i Australien-exemplet som nämns ovan). Klimatförändringens samtidiga Roll, betraktad som ett naturfenomen, fortsätter att diskuteras (Koch and Barnosky 2006). Om allvarliga klimatpåverkan sannolikt kan bero på gamla, mänskliga inducerade livsmiljöförändringar, måste händelseförloppet omprövas inom denna ram.

Makarieva och Gorshkovs hypotes berättar inte hur skogar kan återupprättas efter de katastrofala händelserna som punkterar jordens historia (Morley 2000). Denna fråga kommer att kräva att vi löser de återkopplingsprocesser och tröskelvärden som fungerar rumsligt i olika skalor och de influenser som verkar på dem. Visst hypotesen hävdar inte att sådana grönningar inte kan inträffa. Förmodligen kan en skog etablera sig även på en våt kustplats där nederbörden minskar exponentiellt med avstånd från kusten, och den kan avancera gradvis inåt landet och dra fuktig luft med den. Makarieva och Gorshkovs hypotes kan klargöra hur Sydamerika, men inte Afrika, lyckades upprätthålla storskaliga, våta inre klimat genom tidigare glacialer. Kanske i Afrika har närvaron av stora växtätare och förfädernas människor med eld påverkat balansen mellan skog och icke-skogsvegetation vilket minskar stabiliteten och låter klimatet växla.

hanterad vegetation.

till skillnad från Makarieva och Gorshkov, som föreslår att endast naturliga och intakta skogar kan upprätthålla en fungerande atmosfärisk pump, misstänker vi att sekundär skog och plantager kan ha önskvärda avdunstningsegenskaper (se t.ex. Olchev et al. 2008). Medan den högre brandfarligheten hos sådan vegetation antyder en mindre våt miljö, vilket i sin tur innebär en mindre effektiv pump, är sådana egenskaper inte oundvikliga och kan påverkas av förvaltningen. Dessa egenskaper måste undersökas.

gröna öknar.

kan vi en dag avforest världens öknar? Makarieva och Gorshkovs hypotes antyder att vi kanske. I motsats till de flesta konventionella modeller innebär makarieva och Gorshkovs beräkningar att när skogar är etablerade i dessa regioner skulle den biotiska pumpen vara tillräckligt kraftfull för att vattna dem. Trots skalorna och de oundvikliga tekniska och etiska utmaningarna kan sådana projekt bli lättare att finansiera och genomföra när koldioxidkoncentrationerna stiger (Brovkin 2002).

Outlook

om Makarieva och Gorshkovs hypotes visar sig vara giltiga, kommer viktiga frågor att förbli om hur biotiska pumpmekanismen interagerar med andra processer för att ge en mer fullständig redogörelse för lokalt, regionalt och globalt klimat. Om hypotesen visar sig vara felaktig behövs fortfarande en mekanism för att förklara våta kontinentala interiörer.

godkännande av den biotiska pumpen skulle öka de värden som samhället ställer på skogsskyddet. Genom att höja regionala farhågor om vatten kräver acceptans av Makarieva och Gorshkovs biotiska pump uppmärksamhet från olika lokala aktörer, inklusive många som annars kanske bryr sig lite om att upprätthålla skogsskydd.

bekräftelser

vi tackar Anastassia Makarieva, Victor Gorshkov, Antonio Nobre, Ian Calder, Meine van Noordwijk, Wolfgang Cramer och tre anonyma granskare för värdefulla kommentarer. Vi tackar också Claire Miller och Miriam van Heist för redaktionella förslag, och CIFOR Library och Wageningen Library för att hitta referenser. D. S. stöddes av ett EU-kommissionsbidrag till Center for International Forestry Research och av Wildlife Conservation Society stöd till Institute of Tropical Forest Conservation.

referenser citerade

Bonan
GB

.

2008

.

skogar och klimatförändringar: tvinga återkopplingar och skogens klimatfördelar

.

vetenskap
320

:

1444

1449

.

Bosilovich
MG

Schubert
SD

.

2002

.

vattenånga spårämnen som diagnostik av den regionala hydrologiska cykeln

.

Journal of Hydrometeorology
3

:

149

165

.

Brovkin
V

.

2002

.

interaktion mellan klimat och vegetation

.

Journal de Physique IV
12

:

57

72

.

Bruijnzeel
LA

.

2004

.

hydrologiska funktioner i tropiska skogar: ser du inte jorden för träden?
jordbruk ekosystem och miljö
104

:

185

228

.

Calder
IR

.

2005

.

Den Blå Revolutionen: Markanvändning och integrerad förvaltning av vattenresurser

. 2: a upplagan.

London

:

Earthscan

.

Calder
IR

Wright
IR

Murdiyarso
D

.

1986

.

en studie av avdunstning från tropisk regnskog-West Java

.

Journal of Hydrology
89

:

13

31

.

Dietz
J

Leuschner
C

Holscher
D

Kreilein
H

.

2007

.

vertikala mönster och varaktighet av ytfuktighet i en gammal tropisk bergskog, Indonesien

.

Flora
202

:

111

117

.

Eltahir
EAB

.

1998

.

en återkopplingsmekanism för markfuktighet och nederbörd, 1: teori och observationer

.

Forskning Om Vattenresurser
34

:

765

776

.

Fu
C

Harasawa
H

Kasyanov
V

Kim
J-W

Ojima
D

Wan
Z

Zhao
S

.

2002

.

Regional-global interaktion i Östasien

. Sidor

109

149

i

Tyson
P

kul
C

Fuchs
R

Lebel
L

Mitra
AP

Odada
E

Perry
J

Steffen
W

Virji
H

, Red.

Global-regionala kopplingar i jordsystemet

.

Berlin

:

Springer

.

Fu
R

Li
W

.

2004

.

påverkan av markytan på övergången från torr till våt säsong i Amazonia

.

teoretisk och tillämpad klimatologi
78

:

97

110

.

Gianni
A

Saravanan
R

Chang
P

.

2003

.

oceanisk tvingning av Sahel nederbörd i interannual till interdecedal tidsskalor

.

vetenskap
302

:

1027

1030

.

Givnish
TJ

.

2002

.

adaptiv betydelse av vintergröna vs. lövblad: lösa trippelparadoxen

.

Silva Fennica
36

:

703

743

.

Goldstein
G

Andrade
JL

Meinzer
FC

Holbrook
NM

Cavelier
J

Jackson
P

Celis
en

.

1998

.

Stamvattenlagring och dagliga mönster för vattenanvändning i tropiska skogstakträd

.

växt, Cell och miljö
21

:

397

406

.

Gordon
LJ

Steffen
W

Jonsson
BF

Folke
C

Falkenmark
M

Johannessen
en

.

2005

.

mänsklig modifiering av globala vattenånga strömmar från landytan

.

Proceedings of the National Academy of Sciences
102

:

7612

7617

.

FN: s klimatpanel

.

2007

.

Klimatförändringar 2007: Den Fysiska Vetenskapliga Grunden

.

Cambridge (Storbritannien)

:

Cambridge University Press

. (

18 februari 2009

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

Juarez
RIN

Hodnett
MG

Fu
R

Goulden
ML

von Randow
C

.

2007

.

kontroll av torrsäsongen evapotranspiration över Amazonas skog som framgår av observationer på en södra Amazonas skogsplats

.

Journal of Climate
20

:

2827

2839

.

Koch
PL

Barnosky
annons

.

2006

.

sena kvartära utrotningar: debattens tillstånd

.

årlig granskning av ekologi Evolution och systematik
37

:

215

250

.

Laurance
WF

.

2005

.

samverkan mellan skog och klimat i fragmenterade tropiska landskap

. Sidor

31

38

i

Malhi
Y

Phillips
den

, Red.

tropiska skogar och Global Atmosfärförändring

.

Oxford (Storbritannien)

:

Oxford University Press

.

Lee J
E

Oliveira
RS

Dawson
TE

Fung
jag

.

2005

.

Rotfunktion ändrar Säsongsbetonat klimat

.

Proceedings of the National Academy of Sciences
102

:

17576

17581

.

Lenton
TM

van Oijen
M

.

2002

.

Gaia som ett komplext adaptivt system

.

filosofiska transaktioner av Royal Society of London B
357

:

683

695

.

Lobell
DB

Burke
MB

Tebaldi
C

Mastrandrea
MD

Falcon
WP

Naylor
RL

.

2008

.

prioritering av klimatförändringsanpassningsbehov för livsmedelssäkerhet 2030

.

vetenskap
319

:

607

610

.

Loescher
HW

Gholz
HL

Jacobs
JM

Oberbauer
SF

.

2005

.

energidynamik och modellerad evapotranspiration från en våt tropisk skog i Costa Rica

.

Journal of Hydrology
315

:

274

294

.

Makarieva
AM

Gorshkov
VG

.

2007

.

biotisk pump av atmosfärisk fukt som drivkraft för den hydrologiska cykeln på land

.

hydrologi och Geosystemvetenskap
11

:

1013

1033

.

Makarieva
AM

Gorshkov
VG

Li
BL

.

2006

.

bevarande av vattencykeln på land via restaurering av naturliga stängda skogar: konsekvenser för regional landskapsplanering

.

Ekologisk Forskning
21

:

897

906

.

Malhi
Y

Wright
J

.

2005

.

sent tjugonde århundradets mönster och trender i klimatet i tropiska skogsområden

. Sidor

3

16

i

Malhi
Y

Phillips
den

, Red.

tropiska skogar och Global Atmosfärförändring

.

Oxford (Storbritannien)

:

Oxford University Press

.

Marengo
JA

.

2005

.

egenskaper och spatio-temporal variabilitet i Amazonas avrinningsområde Vattenbudget

.

Klimatdynamik
24

:

11

22

.

Meher-Homji
VM

.

1980

.

återverkningar av avskogning på nederbörd i västra Karnataka, Indien

.

arkivering av Bab-mätningar, Geophysik och Bioklimatologi
28B

:

385

400

.

Mohamed
YA

van den Hurk
B

Savenije
HHG

Bastiaanssen
WGM

.

2005

.

Hydroklimatologi av Nilen: resultat från en regional klimatmodell

.

hydrologi och Geosystemvetenskap
9

:

263

278

.

Morley
RJ

.

2000

.

ursprung och utveckling av tropiska regnskogar

.

Chichester (Storbritannien)

:

Wiley

.

Myneni
RB

, et al. .

2007

.

stora säsongsvariationer i bladområdet i Amazonas regnskogar

.

Proceedings of the National Academy of Sciences
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

.

djupa rötter i de hydrologiska och kolcyklerna i Amazonas skogar och betesmarker

.

Natur
372

:

666

669

.

Nesbitt
SW

Zipser
EJ

.

2003

.

den dagliga cykeln av nederbörd och konvektiv intensitet enligt tre års TRMM-mätningar

.

Journal of Climate
16

:

1456

1475

.

Olchev
A

Ibrom
A

Prästinna
J

Erasmim
S

Leemhuis
C

Twele
A

Radler
K

Kreilein
H

Panferov
O

Gravenhorst
G

.

2008

.

effekter av markanvändningsförändringar på evapotranspiration av tropisk regnskogsmarginalområde i centrala Sulawesi( Indonesien): Modelleringsstudie med ett regionalt SVAT-läge

.

Ekologisk Modellering
212

:

131

137

.

Pons
TL

Welschen
Bagge

.

2004

.

Middagsdepression av netto fotosyntes i det tropiska regnskogsträdet Eperua grandiflora: Bidrag från stomatal och inre konduktanser, andning och Rubisco funktion

.

Trädfysiologi
23

:

937

947

.

Savenije
HHG

.

1995

.

nya definitioner för fuktåtervinning och förhållandet till förändringar i markanvändningen i Sahel

.

Journal of Hydrology
167

:

57

78

.

Savenije
HHG

.

1996

.

avrinningskoefficienten som nyckeln till fuktåtervinning

.

Journal of Hydrology
176

:

219

225

.

Savenije
HHG

.

2004

.

betydelsen av avlyssning och varför vi bör ta bort termen evapotranspiration från vårt ordförråd

.

Hydrologiska Processer
18

:

1507

1511

.

Schnitzer
SA

.

2005

.

en mekanistisk förklaring till globala mönster av liana överflöd och distribution

.

Amerikansk Naturforskare
166

:

262

276

.

Sheil
D

.

2003

.

Tillväxtbedömning i tropiska träd: stora dagliga diameterfluktuationer och deras döljande av dendrometerband

.

Kanadensisk tidskrift för skogsforskning
33

:

2027

2035

.

van der Molen
MK

Dolman
AJ

Waterloo
MJ

Bruijnzeel
LA

.

2006

.

klimatet påverkas mer av maritima än av kontinentala markanvändningsförändringar: en flerskalig analys

.

Global och planetarisk förändring
54

:

128

149

.

Wang
J

Chagnon
FJF

Williams
ER

Betts
AK

Renno
Nej

Machado
LTT

Bisht
G

Knox
R

bh: ar
RL

.

2009

.

påverkan av avskogning i Amazonasbassängen på molnklimatologi

.

Proceedings of the National Academy of Sciences
Online tidigt
(publicerad online före tryck 23 februari 2009). doi: 10. 1073 / pnas.0810156106

Webb
TJ

Woodward
FI

Hannah
L

Gaston
KJ

.

2005

.

skogsskydd-regnförhållanden i en hotspot för biologisk mångfald: Atlantskogen i Brasilien

.

Ekologiska Tillämpningar
15

:

1968

1983

.

Zhang
H

Henderson-Säljare
A

McGuffie
K

.

1996

.

påverkan av tropisk avskogning, i: processanalys av lokala klimatförändringar

.

Journal of Climate
9

:

1497

1517

.

Zhou
JY

Lau
KM

.

1998

.

finns det ett monsunklimat över Sydamerika?
Journal of klimat
11

:

1020

1040

.

författare anteckningar

Douglas Sheil (e-post: [email protected] eller [email protected]) är med Institute of Tropical Forest Conservation, Mbarara University of Science and Technology, i Kabale, Uganda. Han och Daniel Murdiyarso är på Centrum för internationell skogsforskning i Jakarta, Indonesien.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.