东英吉利大学的研究人员帮助开发了一种测量北极植物如何应对气候变化的新方法。
在过去的几十年里，北极变暖的速度是地球其他地方的两倍多。与此同时，长期大气二氧化碳测量表明，每年北极植物和土壤(陆地生态系统)吸收和排放的碳量大幅增加。
科学家们假设这个陆地生态系统在他们看到的北极碳循环变化中发挥着重要作用。
但他们缺乏独立测量碳吸收和释放的技术。这是了解生物圈如何应对由化石燃料排放驱动的气候变化的关键。
现在，发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究基于对相关化学物质——硫化羰的大气测量建模，为北极和北方地区的这一重要过程提供了新的见解。
在美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 研究人员的带领下，国际科学家团队开发了一种新方法来分析大气中痕量气体羰基硫化物的测量值以及大气 CO2测量值，以提供有关总量的信息光合作用过程中陆地植被吸收的碳。
该研究的合著者、来自 UEA 环境科学学院的 Parvadha Suntharalingam 博士说：“这项工作为我们提供了有关控制北极北部陆基植被吸收CO2的过程的新的有价值的信息.
“在光合作用过程中，植物会吸收硫化碳，但与 CO2不同的是，它不会通过生态系统呼吸过程释放回大气中。因此，它为我们提供了一种分离控制光合作用和呼吸作用的两个关键过程的方法CO2如何在陆地植被和大气之间进行交换。
“这项研究提供了北美高纬度地区陆地生态系统对碳吸收的新估计。
“与之前的评估相比，它减少了不确定性，并调查了其他环境因素——如温度和太阳辐射——对控制这些高纬度生态系统碳吸收过程的影响。
“我们的分析显示了使用羰基硫的测量作为获得关键碳循环过程额外信息的独立手段的潜力，”她补充道。
首席研究员、在科罗拉多州 NOAA 工作的环境科学研究合作研究所 (CIRES) 科学家 Lei Hu 说：“我们现在可以研究北极陆地生态系统如何在过程水平上对气候变化做出反应，因为我们能够分离光合吸收和区域尺度上的生态系统呼吸。”
什么是硫化羰？
科学家们早就知道植物在生长季节吸收二氧化碳或 CO2以促进光合作用，然后在秋季和冬季植物组织腐烂时将其排放回大气。这种让步与快速上升的大气 CO2水平相反，科学家们无法仅根据对 CO2 的测量来直接估计光合作用对CO2 的吸收随时间的变化。
然而，植物需要其他营养物质，包括硫——在生长季节结束时不会释放。羰基硫或 COS 是一种与 CO2非常相似的简单分子。
CO2由一个碳原子和两个氧原子组成，而COS由一个碳原子、一个氧原子和一个硫原子组成。它由海洋过程不断产生，也可以在火山气体、原油燃烧、含硫沼泽和土壤以及柴油机尾气、天然气和炼油厂排放物中找到。
它以微量(万亿分之一)存在于大气中。植物吸收是从大气中去除 COS 的主要过程。
北极生态系统如何变化？
在这项新研究中，胡和来自美国国家海洋和大气管理局、科罗拉多大学、科罗拉多州立大学、加利福尼亚大学圣克鲁兹分校、美国宇航局/大学空间研究协会、罗格斯大学和 UEA 的一组研究人员分析了收集到的硫化羰的大气测量值来自 NOAA 的全球温室气体参考网络，从 2009 年到 2013 年，以调查北美北极和北方地区的碳循环。
UEA 的贡献提供了有关大气中羰基硫的海洋来源的数据和信息。海洋排放是大气中最大的全球 COS 来源——因此，在使用大气测量来识别和量化光合作用期间植被对 COS 和 CO2的吸收时，需要准确了解这些通量。
该团队估计，该地区的植物每年在光合作用过程中从大气中吸收了 36 亿公吨的碳。他们还发现，由于温度和光照的调节，气温升高导致春季的净吸收量和秋季的净排放量增加，但情况不尽相同。
1979-1988年至2010-2019年，该地区春季土壤温度年均升高0.9℃，秋季平均升高1.8℃。研究人员发现，在春季，当阳光充斥该地区时，土壤温度升高有助于提高光合作用对碳的吸收。在秋季，尽管土壤温度一直升高到深秋，但植物吸收的碳量因日照量的减少而减少。
相比之下，当谈到释放 CO2 时，科学家们发现该速率主要受温度控制。
结果也与基于卫星遥感的空间和时间初级生产总值估计一致，增强了对调查结果的信心。
对未来的影响
关于未来北极的一大未知数是，随着大气 CO2 的上升，北半球周围的植物群落是否会继续增加它们的碳吸收。胡说，获得更清晰图像的一种方法是在该地区进行更多的 COS 测量。
如果北极表面温度继续升高，尤其是在秋季和冬季，北极可能会开始排放比吸收更多的 CO2，从而加剧气候变化。
扩大大气 COS 观测系统可以提高科学家监测随着 CO2水平增加和气候变化从大气中去除多少碳陆地植物的能力，这将提高对北极和北极气候-碳循环反馈和气候预测的理解。北方地区。
这项研究部分由 NASA 资助，并得到 NOAA 全球监测实验室的持续支持。
“COS 衍生的 GPP 与温度和光的关系有助于解释高纬度大气 CO2 季节性循环放大”发表在美国国家科学院院刊上。
