Lai noteiktu gada periodus, mēs balstāmies uz gadalaiki, kas ir aptuveni klimatiskie cikli trīs mēneši katru no tiem raksturo stabili meteoroloģiskie apstākļi noteiktā reģionā. Gadalaiki ir: pavasaris, vasara, rudens un ziema. Tā secība izriet no Zemes ass slīpuma attiecībā pret tās orbītas plakni, liekot dažādiem reģioniem gada laikā saņemt atšķirīgu saules gaismas daudzumu.
Šī parādība ietekmē ne tikai temperatūru un dienas garumu, bet arī saules gaismas intensitāti un slīpumu, kas skar virsmu. Šīs variācijas tieši ietekmē floru, īpaši apgabalos, kas atrodas tālāk no ekvatora, kur gadalaiki ir izteiktāki. Mērenās un boreālās zonās, piemēram, Eiropā un Ziemeļamerikā, ir ļoti izteiktas sezonālās izmaiņas, kas atspoguļojas veģetācijas ciklos.
Zemes elpa
Gadalaiki ne tikai ietekmē klimatu, bet arī tiešā veidā ietekmē veģetācijas ciklus. Šī parādība ir pazīstama kā zemes elpošana. Mainoties gadalaikiem, augi reaģē dažādos veidos. The lapu koku augi, tāpat kā ozoli vai kastaņi, rudenī zaudē lapas, lai izvairītos no ūdens zuduma ziemā, un pavasarī atkal sadīgst, gatavojoties ziedēšanai un vairošanai.
Veģetācijas cikli ietver fundamentālus procesus, piemēram sēklu dīgtspēja, augšana, ziedēšana un lapu krišana. Šo ciklu regularitāte ir cieši saistīta ar sezonālo klimatu. Tomēr tādas parādības kā klimata pārmaiņas un mežu izciršana ir nopietni ietekmējusi šos dabiskos ritmus, mainot augšanas laiku un ietekmējot bioloģisko daudzveidību.
Šis cikliskais process ir ļāvis zinātniekiem novērot sava veida planētas "elpošanu", kas redzama satelītattēlos. Šajās animācijās varat redzēt, kā aug veģetācija, absorbējot oglekļa dioksīdu (CO2) pavasarī un vasarā, un kā tā izdala oglekli, kad rudenī un ziemā nonāk miera stāvoklī.
“Zemes elpošana” ir ne tikai vizuāli iespaidīga, bet arī būtiska visu planētas sugu dzīves ciklam. Mēs esam atkarīgi no šī cikla, lai iegūtu pārtika, skābeklis un citi būtiski resursi.
Veģetācijas un satelītu datu sezonālās izmaiņas
Neviens Brēmers ir izstrādājis pārsteidzošas Zemes “elpošanas” vizualizācijas, pamatojoties uz datiem no NOAA ZVAIGZNE (Satelītu izpētes un lietojumprogrammu centrs). Viņi izmanto sensoru VIIRS (Visible Infrared Imager Radiometer Suite), kas atrodas uz satelīta klāja SNPP (Suomi National Polar-Orbiting Partnership). Šī ierīce katru nedēļu mēra globālās veģetācijas izmaiņas, sniedzot detalizētu informāciju par to, kā zaļumi mainās visa gada garumā.
Izmantojot šos attēlus, ir iespējams redzēt, kā izmaiņas ir izteiktākas ziemeļu puslodes reģionos, kur tiek reģistrētas lielas sezonālās atšķirības. Tādos apgabalos kā Jaunzēlande, Brazīlija un Āfrikas dienvidi ir apgriezts cikls, jo tās atrodas dienvidu puslodē, kur gadalaiki notiek pretēji.
Zaļums: galvenais mainīgais lielums sezonālo ciklu izpētē
Galvenais rādītājs šo sezonālo izmaiņu mērīšanai ir Zaļums, Vai Normalizētās atšķirības veģetācijas indekss (IVDN). Šis indekss mēra veģetācijas daudzumu reģionā, un to izmanto, lai noteiktu augšanas sezonas sākumu, kā arī augu novecošanos vai dzīves cikla beigas rudens beigās.
IVDN ir arī būtisks instruments klimata pārmaiņu pētījumos, jo zaļuma samazināšanās vai palielināšanās var liecināt par krasām izmaiņām augu augšanas modeļos globālās temperatūras paaugstināšanās dēļ. Apgabalos bez veģetācijas, piemēram, tuksnešos vai kalnos, indekss var sniegt arī atbilstošu informāciju par reljefa apstākļiem.
Zinātniskās problēmas, kas saistītas ar Zemes elpošanas aktivizēšanu
Animācijas izstrāde, kas atspoguļo Zemes elpošanu, pamatojoties uz veģetācijas cikliem, bija nozīmīgs izaicinājums. The animācija aptver 50.000 XNUMX ciklu, kas atbilst gada 52 nedēļām. Izmantojot uzlabotos algoritmus, katrā nedēļas ciklā tika izveidots precīzs attēlojums par to, kā veģetācija absorbē un izdala CO2.
Šī procesa tehniskā sarežģītība ietvēra dažādu animācijas metožu testēšanu, līdz tika sasniegts labākais iespējamais attēlojums. Secība parāda, kā meži un citas veģetācijas vietas "elpo", absorbējot lielu daudzumu oglekļa dioksīda pavasarī un vasarā, lai atbrīvotu to ziemas mēnešos.
Kā min animācijas veidotāji, iespējams vērot vēl detalizētākas un lēnākas versijas, lai novērtētu, kā procesi attīstās ar precīzāku laika izšķirtspēju.
Zeme un tās oglekļa "elpošana"
Jēdziens par oglekļa elpošana ir ļoti svarīgi, lai izprastu, kā veģetācijas cikli ietekmē globālo oglekļa ciklu. Cikla laikā augi absorbē oglekli fotosintēzes laikā un atbrīvo to sadalīšanās laikā vai sadedzinot. Šī pastāvīgās oglekļa apmaiņas sistēma starp atmosfēru, augsni un okeāniem ir ļoti svarīga globālajam klimata līdzsvaram.
El okeāns Tam ir arī galvenā loma šajā procesā, jo tas absorbē milzīgu daudzumu oglekļa, daudz vairāk nekā tiek uzglabāts Zemes atmosfērā un biosfērā. Faktiski okeāns uztver vairāk oglekļa nekā sauszemes ekosistēmas. Tomēr augi joprojām ir viens no svarīgākajiem elementiem, īpaši tropiskajos un mērenajos platuma grādos, kur pavasarī un vasarā tie absorbē vairāk CO2, bet ziemā to izdala.
Šī apmaiņa ir ļoti jutīga pret klimata izmaiņām, padarot pētījumus par oglekļa elpošanu par būtisku daļu globālajos centienos mazināt klimata pārmaiņas.
Klimata pārmaiņu ietekme uz sezonas cikliem
El klimata pārmaiņas ir sākusi izjaukt šos cikliskos modeļus. Augstāka globālā temperatūra izraisa veģetācijas ciklu progresēšanu, mainot dīgtspējas un novecošanās laiku. Vairākos reģionos ir pagarinājušās arī augšanas sezonas, kas, lai gan sākotnēji var šķist labvēlīgas lauksaimniecībai, ilgtermiņā var radīt postošas sekas, iznīcinot ekosistēmu dabisko līdzsvaru.
Piemēram, tropiskās ekosistēmas piedzīvo būtiskas izmaiņas. Amazones lietusmeži, kas darbojas kā lielas oglekļa piesaistītājas, zaudē spēju uztvert CO2 pieaugošās mežu izciršanas un arvien biežākā sausuma dēļ. Ja šī jauda turpinās zaudēt, oglekļa cikls tiks būtiski ietekmēts, palielinot CO2 daudzumu atmosfērā un paātrinot globālo sasilšanu.
Sezonālo veģetācijas ciklu izpētes nozīme ir ne tikai izpratne par to, kā daba reaģē uz klimata pārmaiņām, bet arī tas, kā mēs varam mazināt to ietekmi, saglabājot galvenās ekosistēmas, piemēram, tropiskos lietus mežus, boreālos reģionus un, visbeidzot, okeānus.
Katrs no šiem procesiem, sākot no fotosintēzes līdz Zemes elpošanai, atklāj sarežģīto savstarpējo saistību, kas uztur līdzsvaru starp mūsu klimatu un dzīvību uz planētas. Saskaroties ar klimata pārmaiņu radītajām problēmām, šo ciklu izpratne un aizsardzība kļūst svarīgāka nekā jebkad agrāk.