NOAA Arctic Report Card 2020 cz. 7

Roślinność w Arktyce

Najważniejsze dane:

• Ogólnie wieloletni trend pokazuje postępujące zazielenianie się arktycznej tundry (okres obserwacji 1982-2019). W ciągu ostatnich lat sytuacja generalnie się nie zmienia. Zmiany są szczególnie widoczne na północy Alaski w okręgu North Slope. Występują także obszary, gdzie obserwuje się zjawisko "brązowienia" tundry, między innymi wyspy Archipelagu Kanadyjskiego.
  
• Istotną różnicą w wegetatywności tundry i procesie obserwowanego od lat zielenienia są widoczne od 2016 roku kontrasty. W Ameryce Północnej miał miejsce spadek obszarów zielonych, a w Eurazji nastąpił niewielki wzrost zieleni w tundrze.
  
• Z drugiej strony rok 2019 (nowe dane obejmują właśnie tenże rok) przyniósł wahnięcie w przypadku amerykańskiej Arktyki. W wyniku działania dość ciepłych warunków latem 2019, analiza pokazuje spory wzrost zieleni na obszarach tundrowych.

Roślinność, oraz wegetacja tundry dynamicznie reagują 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, 1982-2019) w skali MaxNDVI dla 1982-2019 (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 blisko 40 lat (1982-2018) pomiary satelitarne wskazują, że zarówno MaxNDVI, jak i TI-NDVI wzrosły w większości arktycznej tundry, co jest odpowiedzią na ocieplający się klimat. 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. Nie wszystkie jednak obszary podlegają temu samemu procesowi. Od lat obserwuję się "brązowienie" tundry, a więc zanik zazielenienia tundry. Tak jak np. na południowo-zachodniej Alasce, Archipelagu Arktycznym i północno-zachodniej Syberii. 

 

 Po lewej) MaxNDVI, po prawej) TI-NDVI dla Ameryki Północnej, Eurazji i Arktyki jako całości podczas wieloletniego monitoringu satelitarnego (1982-2019).

W 2019 roku średnia wartość MaxNDVI dla regionów tundrowych zilustrowanych na mapach powyżej obniżyła się o 2% w stosunku do roku poprzedniego, co oznacza spadek trzeci rok z rzędu. Zmiany ilustruje powyższe zestawienie wykresów. MaxNDVI po rekordowo wysokiej wartości z 2016 roku Podobnie jak w poprzednich latach, także w 2019 roku występowały regionalne kontrasty w zazielenianiu się tundry, czy też cofaniu się tego procesu. Na Syberii wartość w 2019 roku była podobna do tej sprzed 4 lat, i była o 3% wyższa od średniej z lat 1982-2019. W amerykańskiej Arktyce wartość MaxNDVI w 2019 roku była najmniejsza od 1996 roku, o 2% niższa od średniej. 

W przeciwieństwie do MaxNDVI w 2019 roku odnotowano 5% wzrost TI-NDVI w stosunku do roku wcześniejszego. Wzrost ten był szczególnie silny w Ameryce Północnej, gdzie nastąpił duży wzrost wegetatywności po słabym okresie wegetacyjnym w 2018 roku. W 2019 roku TI-NDVI odnotował trzeci największy jednoroczny wzrost (9%) w całym zapisie pomiarów dla Ameryki Północnej. Niemniej jednak TI-NDVI w 2019 roku dla regionu okołobiegunowego był o 4% niższy od średniej z lat 1982-2019, co oznacza drugą najniższą wartość od 1993 roku.

Jedną przyczyn tzw. brązowienia tundry jest grubość i czas występowania pokrywy śnieżnej. University of Sheffield

Długoterminowy trend pokazuje zmiany w tundrze, gdzie pojawia się coraz więcej krzewów, są jednak miejsca, gdzie występuje inne zjawisko. To tzw. brązowienie tundry, czyli redukcja biomasy roślinnej. Zaobserwowano, że dzieje się tak po wystąpieniu ekstremalnych warunków pogodowych, takich jak nagła zimowa odwilż, a następnie ponowne ochłodzenie i oblodzenie. Jest to też związane z długością występowania pokrywy śnieżnej. 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: 

• Dane satelitarne wskazują, że produktywność pierwotna arktycznych wód wykazała wyższe wartości w 2020 roku w porównaniu ze średnią z lat 2003-2019 w większości akwenów morskich.
• Wszystkie badane akweny morskie nadal wykazują wieloletni trend wzrostowy. Przy czym najsilniejsze tendencje odnotowano w euroazjatyckiej Arktyce, Morzu Barentsa i Morzu Grenlandzkim.
• W lipcu i sierpniu 2020 roku w obszarze o długości 600 km na Morzu Łaptiewów stwierdzono znacznie wyższe stężenia chlorofilu-a niż wynosi średnia wieloletnia. Przyczyną była bardzo wczesna utrata lodu morskiego.

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 2020 roku dla poszczególnych miesięcy.

Średnie w skali danego miesiąca stężenie chlorofilu A w 2020 roku dla maja, czerwca, lipca i sierpnia. Stężenie wyrażone jest jako procent od średniej z lat 2003-2019. MODIS-Aqua Reprocessing 2018.0, OCx algorithm

Największe wartości produktywności pierwotnej w 2020 roku zostały odnotowane w lipcu i w sierpniu. Stężenie chlorofilu-a jest zależne od tego, kiedy dojdzie do wycofania się lodu morskiego. Największe jego stężenia miały miejsce na Morzu Łaptiewów.

 

Odchylenia koncentracji lodu morskiego (%) w 2020 roku względem okresu 2003-2019 dla maja, czerwca, lipca i sierpnia. SSM/I, SSMIS, Goddard Bootstrap (SB2)

 

Obszar zwiększonej produktywności osiągnął rozmiary na obszarze o długości około 600 km. Stężenie chlorofilu-a było na Morzu Łaptiewów około 2 razy większe od średniej z lat 2003-2019 w lipcu, a sierpniu około 6 razy większe. Dodatkowo produktywność pierwotna była duża wzdłuż kry lodowej Morza Grenlandzkiego, a także na Morzu Barentsa. Najmniejsze wartości stężenia chlorofilu-a notowano w północnej części Morzu Beringa, a także na Morzu Barentsa w okresie od czerwca do sierpnia.  

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 2003-2020 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 2003-2019 wskazują na ponadprzeciętną produktywność dla 2020 roku. Statystycznie istotne zmiany w trendzie wzrostowym wystąpiły w euroazjatyckiej Arktyce, w wodach Morza Barentsa i Grenlandzkiego. W wodach u wybrzeży Syberii w latach 2003 wzrost produktywności pierwotnej wzrósł o 37,7%, na Morzu Barentsa o 21%, a Grenlandzkiego o 18,7%. Tabela obok (kliknij, aby powiększyć) pokazuje rozpisane wartości. Należy oczekiwać, że w kolejnych latach coraz więcej wód arktycznych będzie podlegać biologicznym zmianom wraz z zanikiem lodu morskiego. 

Na podstawie: Arctic Report Card 2020: Tundra Greenness, Arctic Ocean Primary Productivity