NOAA Arctic Report Card 2019 cz. 7

Roślinność w Arktyce

Najważniejsze dane:

• Ogólnie wieloletni trend pokazuje postępujące zazielenianie się arktycznej tundry (okres obserwacji 1982-2018). Szczególnie widoczne jest to na północy Alaski w okręgu North Slope. Jednak są obszary, gdzie obserwuje się zjawisko brązowienia tundry, między innymi wyspy Archipelagu Kanadyjskiego.
• W 2018 roku występowały wyraźne kontrasty w zielenieniu tundry na obu kontynentach. W Ameryce Północnej miał miejsce spadek obszarów zielonych, a w Eurazji nastąpił niewielki wzrost zieleni w tundrze.  
• W Ameryce Północnej (rok 2018) produktywność tundry w całym sezonie wegetacyjnym była drugą najniższą w historii. Przyczyną były niskie temperatury, a tym samym krótszy okres wegetacyjny w kanadyjskiej Arktyce. W związku z czym powoli topił się śnieg na archipelagu kanadyjskim i Grenlandii.

Roślinność, oraz wegetacja tundry dynamicznie reaguje w ostatnich latach na zmiany środowiskowe, podyktowane ocieplającym się klimatem. Zmiany te nie są stałe rok do roku i różnią się w każdym regionie, co sugeruje, że istnieją złożone interakcje pomiędzy atmosferą, głąbami, a roślinnością. Zmiany w roślinności tundry mogą mieć wpływ na globalny budżet węgla. Część CO₂ jest pochłaniana przez obszary, gdzie tundra zielenieje. Ale większe ilości tego gazu trafiają w wyniku działania pożarów tajgi i emisji metanu. Zmiany w tundrze mają wpływ na wieczną zmarzlinę, która w ostatnich latach z powodu ocieplającego się klimatu rozmarza. 

Za pomocą satelitów jesteśmy w stanie rejestrować zmiany w roślinności arktycznej. Dla mierzenia zmian w roślinności, poziomie wegetacji służą indeksy NDVI (Znormalizowany Różnicowy Wskaźnik Wegetacji).  MaxNDVI to szczytowy poziom wskaźnika NDVI związany z maksymalnym w roku rozwoju arktycznej szaty roślinnej tundry. TI-NDIV to  zintegrowany czas - suma dwutygodniowych wartości NDVI, które odnoszą się do całkowitej wydajności wegetacji tundry. 

 Okołoarktyczne trendy (% zmian, 1982-2018) w skali MaxNDVI dla 1982-2018 (po lewej), oraz  TI-NDVI (po prawej).

NDVI to wskaźnik stosowany w pomiarach teledetekcyjnych, pozwalający określić stan rozwojowy oraz kondycję roślinności. NDVI bazuje na kontraście między największym odbiciem w paśmie bliskiej podczerwieni a absorpcją w paśmie czerwonym. 

W ciągu ostatnich 37 lat (1982-2018) pomiary satelitarne wskazują, że zarówno MaxNDVI, jak i TI-NDVI wzrosły w większości arktycznej tundry. W przypadku północnej części Alaski obserwuje się wieloletni trend silnego zielenienia. Podobnie jest w innych obszarach, jak w południowej części kanadyjskiej tundry, czy centralnej Syberii. Największe efekty zmian są widoczne w okresie szczytowej wegetacji, przypadającym na środek lata. Pokazuje to MaxNDVI  (lewa mapa) - szczytowy poziom wskaźnika NDVI związany z maksymalnym w roku rozwoju arktycznej szaty roślinnej tundry.  Jak możemy zauważyć, odnotowano spadek zieleni na zachodzie Alaski (delta rzeki Jukon-Kuskokwin, a także na Archipelagu Arktycznym, oraz w północno-zachodniej części Syberii, głównie na półwyspie Tajmyr. 

  Po lewej) MaxNDVI, po prawej) TI-NDVI dla Ameryki Północnej, Eurazji i Arktyki jako całości podczas wieloletniego monitoringu satelitarnego (1982-2018). 

W 2018 roku warunki sezonu wegetacyjnego i wydajność tundry wyraźnie kontrastowały między Ameryką Północną a Eurazją. NDVI w arktycznej strefie euroazjatyckiej był podobny do poprzedniego roku, ale gwałtownie spadł w amerykańskiej Arktyce, gdzie duża część obszarów tundrowych doświadczyła późnego topnienia śniegu i stosunkowo niskich temperatur w czasie lata. Biorąc pod uwagę całą arktyczną tundrę, wartość NDVI spadła drugi rok z rzędu; spadek był najbardziej widoczny w przypadku TI-NDVI, dla którego najwyższa wartość odnotowano w 2016 roku. TI-NDVI w Ameryce Północnej spadł znacznie poniżej wieloletniego trendu wzrostowego i był drugi najniższy w całej historii pomiarów. Gorzej wegetacja tundry prezentowała się w 1992 roku, kiedy letnie warunki temperaturowe wpłynęły aerozole atmosferyczne po erupcji Mt. Pinatubo.

TI-NDVI w Ameryce Północnej spadł 11,1% w 2018 roku w stosunku do roku poprzedniego, to największy spadek w historii. Z kolei spadek wartości MaxNDVI  nie był tak gwałtowny (3,0%). Natomiast w strefie euroazjatyckie TI-NDVI nieznacznie wzrósł, a MaxNDVI utrzymywał się na stałym poziomie; obie wartości kontynuują wieloletni trend wzrostowy.

Obserwuje się także zjawisko brązowienia tundry. Dokładny mechanizm zmian wymaga wciąż dalszych badań. Zaobserwowano, że dzieje się tak po wystąpieniu ekstremalnych warunków pogodowych, takich jak nagła zimowa odwilż, a następnie ponowne ochłodzenie. i oblodzenie. Naukowcy z Norwegii sugerują, że takie wydarzenia zmniejszają zdolność roślinności do sekwestracji węgla.  Na brązowienie wpływ może mieć też pożar tundry. Podsumowując, wszystkie te zjawiska rozgrywające się w czasie globalnej zmiany klimatycznej wywierają ogromny wpływ na tamtejszy ekosystem.  


Produktywność Oceanu Arktycznego

Najważniejsze dane:

• Szacunki na podstawie obserwacji satelitarnych pokazują, że produktywność pierwotna w arktycznych wodach była w 2019 roku wyższa niż średnia w okresie 2003-2018 w siedmiu z dziewięciu badanych regionów. Wyjątek stanowiło Morze Barentsa i północne krańce Oceanu Atlantyckiego. 
• Wszystkie obserwowane akweny morskie na Dalekiej Północy wykazują długofalowy trend wzrostowy produktywności pierwotnej. Największe zmiany mają miejsce w euroazjatyckiej części Arktyki, Morzu Grenlandzkim i mimo wyraźnego w ostatnich latach spadku w wodach Morza Barentsa.
• W maju 2019 roku w wodach Morza Grenlandzkiego zaobserwowano bardzo wysokie stężenie chlorofilu A. Nagromadzenie chlorofilu było 18-krotnie większe niż w tym samym miesiącu w latach 2003-2018.
• Niespotykany zanik lodu morskiego na Morzu Beringa zbiegł się w czasie z dużymi zmianami w zakwicie fitoplanktonu. W marcu 2018 i 2019 roku doszło do wzrostu morskiej biomasy.

Żyjące w wodach Oceanu Arktycznego glony i fitoplankton są podstawowym źródłem produktywności oceanu. W wyniku działania fotosyntezy przekształcają rozpuszczony w oceanie dwutlenek węgla w materiał organiczny. Stanowi to podstawę istnienia łańcucha pokarmowego. Zmiany zachodzące w Arktyce mają wpływ na produktywność oceanu.

Na podstawie obserwacji satelitarnych, pokazujących zmiany w barwie oceanu, można określić, jak wygląda nagromadzenie chlorofilu A, a także mikroorganizmów żyjących w wodzie morskiej takich jak plankton. 


Występowanie chlorofilu w Oceanie Arktycznym
Poniższe zestawienie map pokazuje rozkład odchyleń stężenia chlorofilu A ( organiczny związek chemiczny z grupy chlorofili) w 2018 roku dla poszczególnych miesięcy.

Średnie w skali danego miesiąca stężenie chlorofilu A w 2019 roku dla maja, czerwca i lipca. Stężenie wyrażone jest jako procent od średniej z lat 2003-2018. MODIS-Aqua Reprocessing 2018.0, OCx algorithm

  Odchylenia koncentracji lodu morskiego (%) w 2019 roku względem okresu 2003-2018 dla maja, czerwca i lipca. SSM/I, SSMIS, Goddard Bootstrap (SB2)

Ilość znajdującego się w oceanie chlorofilu A, jego stężenia zależy do tego, kiedy dany obszar uwolnił się od lodu. Dlatego też załączone zostały mapy koncentracji lodu morskiego dla miesięcy, w których przeprowadzone zostały obserwacje. W maju 2019 roku największe stężenie chlorofilu A wystąpiło wzdłuż granicy lodu na Morzu Grenlandzkim. Wysoka anomalia została zarejestrowana na długości prawie 1500 km od Svalbardu po środkowej części wschodniego wybrzeża Grenlandii. 

 Średnie stężenie chlorofilu w wodach wokół Grenlandii w maju 2019 roku. Wartość wyrażona jako procent od średniej z lat 2003-2018. Czerwony prostokąt oznacza miejsce obserwacji, którego wynik pokazuje wykres obok. Wykres przedstawia zmiany średnich stężeń chlorofilu w dla poszczególnych lat w miejscu badawczym oznaczonym czerwonym prostokątem. Biała linia to średni zasięg lodu morskiego w maju 2019 roku.

Stężenie było 18 razy wyższe niż w całym okresie pomiarów 2003-2018. Tak duże nagromadzenie chlorofilu A miało miejsce w tej części Arktyki w 2007 roku, było większe niż 2019 roku, ale miało miejsce w czerwcu. Co więcej intensywność rozkwitu chlorofilu wiosną 2019 roku była wcześniej niespotykana. Ponadto także moment pojawienia się tak dużego stężenia. W wodach Morza Grenlandzkiego szczytowy zakwit fitoplanktonu (Stężenie chlorofilu a w wodzie jest powszechnie stosowanym miernikiem szacowanej biomasy fitoplankton) ma miejsce miesiąc później.

Duże stężenia chlorofilu miało miejsce także w wodach Morza Beringa. Wysokie wartości odnotowano w maju, czerwcu i lipcu. Przy czym w lipcu chlorofil zagościł w wodach Morza Czukockiego. Z kolei stosunkowo niskie stężenie miało miejsce na Morzu Barentsa i było związane z większą niż w ostatnich latach powierzchnią lodu. 

Produktywność w oceanie
Stężenie chlorofilu A pozwala oszacować wielkość biomasy glonów morskich. Wskaźnik produkcji pierwotnej (produkcja węgla za pomocą fotosyntezy w oceanie) jest obliczana przez połączenie stężenia chlorofilu A z temperaturą wody, katem padania promieni słonecznych i stopniem mieszania wód.
 

Produktywność pierwotna w latach 2003-2019 od marca do września w dziewięciu rożnych regionach Arktyki i jej okolic, oraz średnia dla wszystkich regionów.

Oszacowania produktywności pierwotnej arktycznych wód dla dziewięciu regionów w odniesieniu do okresu 2003-2018 wskazują na ponad przeciętną produktywność dla 2019 roku. Ze wszystkich regionów wyjątkiem jest Morze Barentsa i północne krańce Atlantyku. Tabela obok (kliknij, aby powiększyć) pokazuje rozpisane wartości. Na przestrzeni lat 2003-2019 wzrosty produktywności miały miejsce w całej Arktyce. Wyraźna zmiana nastąpiła w euroazjatyckiej części arktycznych wód (wzrost o 33,5%), Morzu Barentsa, Grenlandzkim, Baffina i północnych krańcach Atlantyku. 



Na podstawie: Arctic Report Card 2019: Tundra Greenness, Arctic Ocean Primary Productivity