Una foto della foresta amazzonica presa da una torre di co-varianza vorticosa vicino a Manaus, nord-ovest del Brasile. Credito:Xi Yang/Università della Virginia
Un nuovo studio di Columbia Engineering, guidato da Pierre Gentine, professore associato di ingegneria della terra e dell'ambiente, analizza le osservazioni satellitari globali e mostra che la vegetazione altera i modelli climatici e meteorologici fino al 30%. Utilizzando un nuovo approccio, i ricercatori hanno scoperto che i feedback tra l'atmosfera e la vegetazione (biosfera terrestre) possono essere piuttosto forti, spiegando fino al 30 percento della variabilità delle precipitazioni e delle radiazioni superficiali. Il documento (DOI 10.1038/ngeo2957), pubblicato il 29 maggio in Geoscienze naturali , è il primo a esaminare le interazioni biosfera-atmosfera utilizzando dati puramente osservativi e potrebbe migliorare notevolmente le previsioni meteorologiche e climatiche fondamentali per la gestione delle colture, sicurezza del cibo, forniture d'acqua, siccità, e ondate di calore.
"Anche se attualmente possiamo fare previsioni meteorologiche abbastanza affidabili, come, Per esempio, previsioni a cinque giorni, non abbiamo un buon potere predittivo su una scala temporale da sub-stagionale a stagionale, che è essenziale per la sicurezza alimentare, " dice Gentine. "Osservando e modellando più accuratamente i feedback tra la fotosintesi e l'atmosfera, come abbiamo fatto nel nostro giornale, dovremmo essere in grado di migliorare le previsioni climatiche su tempi più lunghi".
La vegetazione può influenzare i modelli climatici e meteorologici a causa del rilascio di vapore acqueo durante la fotosintesi. Il rilascio di vapore nell'aria altera i flussi di energia superficiale e porta alla potenziale formazione di nubi. Le nuvole alterano la quantità di luce solare, o radiazioni, che può raggiungere la Terra, influenzare il bilancio energetico della Terra, e in alcune zone può portare a precipitazioni. "Ma, fino al nostro studio, i ricercatori non sono stati in grado di quantificare esattamente nelle osservazioni quanta fotosintesi, e la biosfera più in generale, possono influenzare il tempo e il clima, "dice Giulia Verde, Dottorando di Gentine e autore principale dell'articolo.
Recenti progressi nelle osservazioni satellitari della fluorescenza indotta dal sole, un proxy per la fotosintesi, ha permesso al team di dedurre l'attività della vegetazione. Hanno usato i dati del telerilevamento per le precipitazioni, radiazione, e temperatura per rappresentare l'atmosfera. Hanno quindi applicato una tecnica statistica per comprendere la causa e il ciclo di feedback tra la biosfera e l'atmosfera. Il loro è il primo studio che studia le interazioni terra-atmosfera per determinare sia la forza del meccanismo predittivo tra le variabili sia la scala temporale su cui si verificano questi collegamenti.
Una vista del bacino amazzonico presa da MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), uno strumento chiave a bordo dei satelliti Terra e Aqua, che mostra l'impatto dell'umidità superficiale e dei fiumi in particolare sulle nuvole poco profonde. Credito:NASA
I ricercatori hanno scoperto che in regioni semi-aride o monsoniche si verificano spesso cicli di feedback delle precipitazioni di vegetazione, in effetti hotspot che sono di transizione tra la limitazione dell'energia e dell'acqua. Inoltre, forti feedback di radiazione della biosfera sono spesso presenti in diverse regioni moderatamente umide, ad esempio negli Stati Uniti orientali e nel Mediterraneo, dove le precipitazioni e le radiazioni aumentano la crescita della vegetazione. La crescita della vegetazione migliora il trasferimento di calore e aumenta l'altezza dello strato limite della Terra, la parte più bassa dell'atmosfera che è altamente sensibile alle radiazioni superficiali. Questo aumento a sua volta influenza la nuvolosità e la radiazione superficiale.
"Gli attuali modelli del sistema Terra sottovalutano questi feedback di precipitazioni e radiazioni principalmente perché sottovalutano la risposta della biosfera alle radiazioni e alla risposta allo stress idrico, " dice Green. "Abbiamo scoperto che i feedback biosfera-atmosfera si raggruppano in punti caldi, in determinate regioni climatiche che coincidono anche con aree che sono le principali fonti e pozzi continentali di CO2. La nostra ricerca dimostra che questi feedback sono essenziali anche per il ciclo globale del carbonio:aiutano a determinare il bilancio netto di CO2 della biosfera e hanno implicazioni per migliorare le decisioni critiche di gestione in agricoltura, sicurezza, cambiamento climatico, e molto di più."
Gentine e il suo team stanno ora esplorando modi per modellare come le interazioni biosfera-atmosfera possono cambiare con un clima mutevole, oltre a saperne di più sui driver della fotosintesi, per meglio comprendere la variabilità atmosferica.
Paul Dirmeyer, un professore nel dipartimento di atmosferica, scienze oceaniche e della terra presso la George Mason University che non era coinvolta nello studio, note:"Green et al. hanno presentato una nuova idea intrigante ed eccitante, ampliando le nostre misure di feedback terra-atmosfera principalmente da un fenomeno dei cicli dell'acqua e dell'energia per includere la biosfera, sia come risposta alla forzatura climatica sia come forzatura alla risposta climatica".
Lo studio è intitolato "Feedback regionali forti tra l'atmosfera e la biosfera terrestre".
