Исследование служит основой для стратегий повышения устойчивости к изменению климата в городских и сельских районах.

Местные лица, принимающие решения, ищущие способы уменьшить воздействие волн жары на свои сообщества, получили в свое распоряжение новую ценную возможность: новое исследование устойчивости растительности.

Ученые из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США в последние годы завершили исследование того, насколько хорошо растения выдерживают экстремальную жару как в городских, так и в сельских общинах по всей стране. В анализе обозначены пути смягчения последствий изменения климата, в том числе способы уменьшения эффекта городского острова тепла.

Такие растения, как деревья, обеспечивают ценный охлаждающий эффект, затеняя поверхности и отражая солнечное излучение, одновременно выделяя влагу в атмосферу посредством эвапотранспирации – процесса, при котором растения поглощают воду через корни и выделяют ее в виде водяного пара через листья.

изучение, Опубликовано в журнале Ассоциация ПНАС, является первым национальным отчетом об устойчивости растительности, в котором учитывается воздействие инфраструктуры, построенной человеком. Используя методы машинного обучения, исследователи ORNL изучили спутниковые и другие данные почти за два десятилетия, охватывающие 85 крупных городов и прилегающие к ним сельские районы.

Команда обнаружила, что непроницаемые поверхности, такие как дороги и другая инфраструктура, условия влажности и тип почвенного покрова влияют на устойчивость растений. Они также оценили, как на растительность влияют интенсивность, продолжительность и время волн тепла.

Эти данные дают важную информацию о том, как защитить экосистемы от изменения климата, в том числе о путях борьбы с эффектом городского острова тепла и улучшения управления природными ресурсами, сказал Цзяфу Мао, ученый по моделированию системы Земли в ORNL и руководитель проекта.

«Эмпирические данные, которые мы предоставляем в результате этого исследования, могут помочь градостроителям лучше понять, какие растения наиболее уязвимы к жаре и стрессовым факторам, таким как доступность воды в местной среде, и принять решения по выбору и расположению растений, а также по улучшению городского дизайна», — сказал Мао. .

«Исследование показывает, что сохранение и улучшение растительности может существенно способствовать устойчивости городов, улучшению качества воздуха и благосостоянию жителей».

Эта работа расширяет исследования ORNL по влиянию климата на городские и сельские экосистемы. В предыдущем исследовании Мао и его коллеги обнаружили, что, хотя все регионы страны могут ожидать более раннего начала вегетационного периода по мере повышения температуры, в более жарких регионах эта тенденция, вероятно, станет более нестабильной из года в год. Исследование обнаружило, например, тенденцию ускорения весенних почек и цветения растений в сельской местности по мере повышения температуры, но отметило, что эта тенденция замедлится по мере продолжения потепления.

Определить закономерности, которыми можно руководствоваться при принятии решений на местном уровне

Новое исследование устойчивости растительности, описанное в Ассоциация ПНАС выявили общую тенденцию к усилению раннего позеленения в ответ на более высокие температуры в традиционно холодные месяцы. Но по мере того, как температура повышалась, а жара сохранялась, озеленение растений часто резко снижалось, говорит Яопин Ван, научный сотрудник ORNL и первый автор исследования.

Исследование выявило, что температура на два градуса Цельсия или выше выше исторического среднего показателя для лета, продолжающаяся в течение четырех и более месяцев, является порогом наиболее значительного воздействия на озеленение.

Результаты варьировались в зависимости от характеристик местной экосистемы. Например, в течение периода анализа ученые обнаружили, что городская растительность более устойчива на западе Соединенных Штатов, чем на востоке, в первую очередь из-за более высоких температур роста городов и более эффективных методов орошения на Западе.

«Наш анализ представляет собой первую крупномасштабную количественную оценку городских и сельских различий в растительности и ее способности противостоять экстремальным явлениям на прилегающей территории Соединенных Штатов, а также отражает эти очень широкие закономерности изменения окружающей среды», — сказал Ван. Она добавила, что будущие исследования, которые позволят собрать больше высококачественных данных, принесут пользу градостроителям и разработчикам экологических моделей.

Мао сказал, что проект предоставляет ценные данные о сложных взаимодействиях между биологическими факторами и факторами окружающей среды на многих уровнях с течением времени, вплоть до разрешения в один километр. Информация также использовалась для точной настройки компонента поверхности суши, управляемого ORNL, в экзафлопсной модели системы Земли Министерства энергетики, которая моделирует, как мир может измениться в будущих климатических сценариях.

Для анализа использовалась база данных Daymet4 с ежедневными сводками погоды и климата на поверхности Земли, являющаяся частью Центра распределенных активных архивов ORNL для проекта НАСА «Система данных и информации по наукам о Земле». Ученые также воспользовались расширенным индексом растительности MODIS НАСА и Национальной базой данных земельного покрова, поддерживаемой Геологической службой США.

В своем анализе исследователи использовали алгоритм машинного обучения случайного леса и другие методы, а также высокопроизводительные вычислительные ресурсы Oak Ridge Leadership Computing Facility, пользовательского центра Управления науки Министерства энергетики США.