معلومة

5.1: تغير استخدام الأراضي وتنظيم المناخ - علم الأحياء

5.1: تغير استخدام الأراضي وتنظيم المناخ - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

مصدر الطاقة الذي يقود مناخ الأرض في النهاية هو الشمس. على الرغم من أن الارتباط بين امتصاص الطاقة الشمسية والديناميكا الحرارية والمناخ في نهاية المطاف هو أمر معقد للغاية ، إلا أن الدراسات الحديثة تشير إلى أن الغطاء النباتي والتنوع الموسمي في الغطاء النباتي يؤثران على المناخ على المستويين العالمي والمحلي. أصبحت الأجيال الجديدة من نماذج دوران الغلاف الجوي قادرة بشكل متزايد على دمج بيانات أكثر تعقيدًا تتعلق بهذه المعلمات (سيلرز وآخرون 1997). إلى جانب تنظيم تكوين الغلاف الجوي ، فإن مدى وتوزيع الأنواع المختلفة من الغطاء النباتي على الكرة الأرضية يعدل المناخ بثلاث طرق رئيسية:

  • تؤثر على انعكاس ضوء الشمس (توازن الإشعاع);
  • تنظيم إطلاق بخار الماء (التبخر) ؛ و
  • تغيير أنماط الرياح وفقدان الرطوبة (خشونة السطح).

تُعرف كمية الإشعاع الشمسي التي ينعكسها السطح باسم البياض ؛ تعكس الأسطح ذات البياض المنخفض كمية صغيرة من ضوء الشمس ، وتعكس الأسطح ذات البياض العالي كمية كبيرة. أنواع مختلفة من النباتات لها أنواع مختلفة من البيدوس ؛ عادة ما يكون للغابات بياض منخفض ، في حين أن الصحاري ذات بياض مرتفع. تعتبر الغابات المتساقطة الأوراق مثالًا جيدًا على العلاقة الموسمية بين الغطاء النباتي وتوازن الإشعاع. في الصيف ، تمتص الأوراق في الغابات المتساقطة الأوراق الإشعاع الشمسي من خلال عملية التمثيل الضوئي ؛ في الشتاء ، بعد سقوط أوراقها ، تميل الغابات المتساقطة الأوراق إلى عكس المزيد من الإشعاع. هذه التغيرات الموسمية في الغطاء النباتي تعدل المناخ بطرق معقدة ، عن طريق تغيير معدلات التبخر والنتح (IPCC 2001).

يمتص النبات الماء من التربة ويطلقه مرة أخرى في الغلاف الجوي من خلال التبخر ، وهو المسار الرئيسي الذي ينتقل من خلاله الماء من التربة إلى الغلاف الجوي. يؤدي إطلاق الماء من الغطاء النباتي إلى تبريد درجة حرارة الهواء. في منطقة الأمازون ، هناك ارتباط وثيق بين الغطاء النباتي والمناخ ؛ يُعتقد أن التبخر النتحي للنباتات يساهم بما يقدر بخمسين بالمائة من الأمطار السنوية (Salati 1987). تؤدي إزالة الغابات في هذه المنطقة إلى آلية ردود فعل معقدة ، مما يقلل من معدلات التبخر ، مما يؤدي إلى انخفاض هطول الأمطار وزيادة التعرض للحرائق (Laurance and Williamson 2001).

تؤثر إزالة الغابات أيضًا على مناخ الغابات السحابية في جبال كوستاريكا. تضم غابة مونتيفيردي السحابية مجموعة متنوعة غنية من الكائنات الحية ، لا يوجد الكثير منها في أي مكان آخر في العالم. ومع ذلك ، فإن إزالة الغابات في الأراضي المنخفضة ، حتى المناطق التي تزيد مساحتها عن 50 كيلومترًا ، تعمل على تغيير المناخ المحلي ، تاركة غابة "السحابة" بلا غيوم (Lawton et al. 2001). مع مرور الرياح فوق الأراضي المنخفضة التي أزيلت منها الغابات ، ترتفع السحب إلى أعلى ، غالبًا فوق قمم الجبال ، مما يقلل من قدرة الغابات السحابية على التكون. تؤدي إزالة السحب من الغابة السحابية إلى تجفيف الغابة ، لذا لم يعد بإمكانها دعم نفس الغطاء النباتي أو توفير موطن مناسب للعديد من الأنواع الموجودة أصلاً هناك. قد تحدث أنماط مماثلة في غابات السحب الجبلية الأخرى الأقل دراسة حول العالم.

تتميز أنواع النباتات والتضاريس المختلفة بخشونة سطحية متفاوتة ، مما يغير تدفق الرياح في الغلاف الجوي السفلي ويؤثر بدوره على المناخ. تميل خشونة السطح المنخفضة أيضًا إلى تقليل رطوبة السطح وزيادة التبخر. يطبق المزارعون هذه المعرفة عندما يزرعون الأشجار لإنشاء مصدات الرياح (جونسون وآخرون 2003). تعمل مصدات الرياح على تقليل سرعة الرياح وتغيير المناخ المحلي وزيادة خشونة السطح وتقليل تآكل التربة وتعديل درجة الحرارة والرطوبة. بالنسبة للعديد من المحاصيل الحقلية ، تعمل مصدات الرياح على زيادة الغلة وكفاءة الإنتاج. كما أنها تقلل من إجهاد الماشية من الرياح الباردة.

قائمة المصطلحات

البياض
كمية الإشعاع الشمسي المنعكس على السطح
التبخر
هي العملية التي يتم من خلالها امتصاص الماء من التربة بواسطة الغطاء النباتي ثم إعادته إلى الغلاف الجوي
خشونة السطح
متوسط ​​التضاريس الرأسية والمخالفات الصغيرة الحجم للسطح

استراتيجيات الكربون الأزرق لأشجار المانغروف للتخفيف من آثار تغير المناخ هي الأكثر فعالية على المستوى الوطني

يمكن للكربون المثبت بالنظم الإيكولوجية الساحلية المغطاة بالنباتات (الكربون الأزرق) أن يخفف من ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الأنشطة البشرية2 الانبعاثات ، على الرغم من أن فعاليتها تختلف مع النطاق المكاني للاهتمام. تؤكد مراجعة الأدبيات التي جمعت معدلات عزل الكربون داخل النظم البيئية الرئيسية أن النظم البيئية للكربون الأزرق هي أكثر أحواض الكربون الطبيعية كفاءة على مستوى قطعة الأرض ، على الرغم من أن بعض العمليات البيوجيوكيميائية التي تم تجاهلها قد تؤدي إلى المبالغة في التقدير. علاوة على ذلك ، فإن المدى المكاني المحدود للموائل الساحلية يقلل من إمكاناتها على المستوى العالمي ، ويقلل فقط 0.42٪ من انبعاثات الكربون من الوقود الأحفوري العالمي في عام 2014. ومع ذلك ، يلعب الكربون الأزرق دورًا للبلدان ذات انبعاثات الوقود الأحفوري المعتدلة والسواحل الممتدة. في عام 2014 ، خففت أشجار القرم أكثر من 1٪ من انبعاثات الوقود الأحفوري الوطنية لبلدان مثل بنغلاديش وكولومبيا ونيجيريا. بالنظر إلى أن اتفاقية باريس تستند إلى المساهمات المحددة وطنياً ، فإننا نقترح أن يساهم الكربون الأزرق في المنغروف في التخفيف من تغير المناخ على هذا النطاق في بعض الحالات جنبًا إلى جنب مع النظم البيئية الأخرى للكربون الأزرق.

1 المقدمة

تعهدت الأطراف التي صادقت على اتفاقية باريس "بتحقيق توازن بين الانبعاثات البشرية المنشأ من المصادر وعمليات الإزالة بواسطة البواليع بحلول عام 2100" [1]. بالنظر إلى المنافسة الشديدة بين استخدامات الأراضي والوقت الفاصل قبل أن تصبح الاقتصادات مستقلة عن الوقود الأحفوري ، فإن الحفاظ على النظم الإيكولوجية وتوسيعها ذات الإمكانات العالية لعزل الكربون هي أحد الخيارات للمساهمة في هذا الالتزام. في هذه الدراسة ، قمنا بتعريف عزل الكربون على أنه قدرة النظام البيئي على استيعاب وتخزين الكتلة الحيوية أو الرواسب أو المياه من الكربون أكثر مما يتم إطلاقه في الغلاف الجوي من خلال التنفس.

تتميز النظم البيئية للكربون الأزرق (المستنقعات المالحة والأعشاب البحرية وأشجار المنغروف) بتخزينها للكربون العضوي الكبير بشكل غير متناسب ، حتى في مرحلة النضج ، وبشكل أساسي داخل الرواسب على مدى آلاف السنين. على هذا النحو ، حظي الكربون الأزرق باهتمام دولي كأداة لتخفيف تغير المناخ نظرًا لارتفاع قدرة عزل الكربون وتخزينه على مقياس الرسم [3]. ومع ذلك ، يتطلب التقييم الكامل لإمكانات الكربون الأزرق تقييم مساهمتها على نطاقات أكبر لتتماشى مع متطلبات صانعي السياسات.

في هذه الدراسة ، نسأل: `` على أي مقياس يعتبر الكربون الأزرق أداة مناسبة لتخفيف تغير المناخ؟ '' نقوم بالتحقيق في ذلك من خلال (1) التحقق مما إذا كانت النظم البيئية للكربون الأزرق هي أعلى أحواض الكربون على مقياس الرسم البياني (2) تحديد مساهمة الكربون الأزرق على المستوى العالمي و (3) النظر في الكربون الأزرق على المستوى الوطني ، حيث قد يكون ذا صلة من حيث المساهمات المحددة وطنياً (NDC) تجاه اتفاقية باريس.

2. الطرق

تم إجراء مراجعة الأدبيات لتجميع تقديرات (1) عزل الكربون و (2) المدى المساحي لـ 14 نظامًا إيكولوجيًا أرضيًا وساحليًا ، تم تكييفها من المناطق البيئية في العالم [4]. تم إجراء بحث في الأدبيات باستخدام قاعدة بيانات Scopus و Web of Science باستخدام سلسلتي بحث: (1) اسم النظام البيئي و'كاربون 'و'مراجعة' و ('حجز' أو'بور'أو'تراكم'أو'التخزين'OR'sink "OR") و (2) اسم النظام البيئي و ("الغطاء العالمي" أو "الخريطة العالمية" أو "أطلس") ، مرتبة حسب الصلة. تم تقييم الأوراق بشكل نقدي لاختيار الدراسات فقط التي قدمت تقديرات من مواقع متعددة أو على نطاق عالمي. تم استبعاد مراجعات المراجعات (على سبيل المثال ، [3]). تم استخراج تقديرات وعوامل عدم اليقين لعزل الكربون في قطعة الأرض (gC m −2 yr −1) أو المقياس العالمي (TgC yr −1) بناءً على الوحدة المتاحة وتم تحويلها باستخدام تقديرات المدى المساحي (km 2). تم إجراء تحليل الحساسية الذي دمج التقديرات المتفاوتة بين الأوراق ونطاق القيم من المتغيرين (عزل الكربون ومدى المساحات). يتم تقديم القيم على أنها متوسط ​​± min كحد أقصى ، وفقًا لتحليل الحساسية.

نظرًا لمحدودية البيانات المكانية المتاحة للمستنقعات المالحة والأعشاب البحرية ، تمت مقارنة انبعاثات الوقود الأحفوري الوطنية فقط بعزل الكربون في المنغروف الوطني باستخدام المعادلة التالية:

3. النتائج والمناقشة

(أ) الكربون الأزرق هو أعلى بالوعة كربون على مقياس الرسم البياني

النظم البيئية للكربون الأزرق هي أعلى أحواض الكربون لكل قطعة أرض (الشكل 1أ). يبلغ متوسط ​​عزل الكربون في المستنقعات الملحية 242 ± 26 جممتر −2 عام -1 [10] ، تليها غابات المنغروف (168 ± 36 جممتر مكعب سنويًا −1 [5،6]) والأعشاب البحرية (83 جرامًا مكعبًا في المتر المربع −2 عامًا. −1 [2]). الغابات الاستوائية والشمالية والمعتدلة ، حتى في مرحلة النضج ، هي أيضًا أحواض كربون مهمة لكل قطعة أرض مع 40 ± 20 جم م م 2 عام -1 ، 44 ± 7 جم م م 2 عام -1 و 22.5 ± 12 جم م م 2 سنة -1 ، على التوالي (الشكل 1أ) [11 ، 12]. يتم عرض البيانات والمراجع الكاملة في المواد التكميلية الإلكترونية ، الجدول S1.

شكل 1. (أ) عزل الكربون المحلي (قطعة الأرض) (ب) مساحة الغطاء السطحي (ج) إمكانية عزل الكربون العالمية للنظم البيئية الرئيسية ، بما في ذلك النظم البيئية للكربون الأزرق. تعرض أشرطة الخطأ تحليل الحساسية المصنوع من قيم المتغيرات الدنيا والقصوى (عند توفرها). تتوفر مجموعة البيانات والمراجع في المواد التكميلية الإلكترونية. (أ) و (ج) بيانات من [2،5،6،10–18] (ب) البيانات من [2،4،7،10،19،20].

بالمقارنة مع النظم البيئية الأرضية ، فإن النظم البيئية للكربون الأزرق تتراكم بشكل غير متناسب على مخلفات الكربون بسبب ظروف الرواسب الخاصة بها وموقعها البيني بين اليابسة والمحيط [2]. يتم تخزين الكربون الأزرق في الغالب في الرواسب المشبعة بالمياه بدلاً من الكتلة الحيوية (الشكل 2) ، مما يمنع مخاطر الفقد المفاجئ للكربون ، خاصة من الحريق. علاوة على ذلك ، يسمح هذا بتراكم ثابت للكربون حتى عندما يصل النظام البيئي إلى مرحلة النضج. ومع ذلك ، يمكن المبالغة في تقدير العزل لأن بعض العمليات التي تم التغاضي عنها في السابق تشير إلى فقدان الكربون. على سبيل المثال ، يتم تقدير عزل الكربون الأزرق بشكل عام من تراكم الرواسب ومحتوى OC [5] ، والذي يفترض أن هاتين المعلمتين مستقرة بمرور الوقت. ومع ذلك ، فإن خلط الرواسب عن طريق التعكير الحيوي ، وإعادة التمعدن OC وتصريف مياه المسام (الشكل 2) يؤدي باستمرار إلى تدهور مخزون OC [21،22]. يمكن أيضًا المبالغة في تقدير الكربون الأزرق لأن بعض OC المحاصر غير المترابط يكون مقاومًا للحرارة ولا يخضع لإعادة التمعدن [23] ، ولا يعكس دفنًا إضافيًا. أخيرًا ، غالبًا ما يؤكد الكربون الأزرق على عزل OC ، على الرغم من أن الكربون غير العضوي المذاب مهم أيضًا حيث يمكن إعادة انبعاثه مباشرة إلى الغلاف الجوي على شكل ثاني أكسيد الكربون2 ([6] شكل 2) ويمكن أن يؤثر على دورة كربونات الكالسيوم ، وبالتالي على ميزانية الكربون الساحلية في اتجاه غير واضح [24]. وبالتالي ، يجب أن تتضمن ميزانيات الكربون الأزرق المستقبلية على نطاق قطعة الأرض هذه المتغيرات لتقييد تقديرات عزل الكربون.

الشكل 2. نموذج مفاهيمي لديناميكيات الكربون في النظم الإيكولوجية لأشجار المانغروف الناضجة والتي يمكن تطبيقها أيضًا على المستنقعات المالحة والأعشاب البحرية (أي الكربون الأزرق). يمثل صافي الإنتاجية الأولية المدخل الوحيد للكربون في النظام البيئي. تقديرات من [6].

(ب) يمثل الكربون الأزرق أقل من 2٪ من بالوعة الكربون الأرضية

على الرغم من أن النظم البيئية للكربون الأزرق هي أعلى أحواض الكربون الطبيعية على نطاق قطعة الأرض ، إلا أن مساهمتها محدودة على المستوى العالمي (الشكل 1).ج) لأنها مقيدة بسواحل منخفضة الطاقة. عالميًا ، 30.7٪ من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي2 تستوعبها النظم الإيكولوجية الأرضية عن طريق الغابات الاستوائية ، بسبب مساحتها الواسعة (الشكل 1ب) ومعدلات عالية نسبيًا لعزل الكربون. هذا يمثل تخزينًا محتملاً قدره 915 ± 460 TgC في العام. وبالمقارنة ، فإن الأعشاب البحرية وأشجار المنغروف والمستنقعات المالحة تخزن فقط 14.7 ± 5.1 TgC في العام −1 و 13.7 ± 11 TgC في العام −1 و 10.1 ± 2.85 TgC yr −1 على التوالي (الشكل 1). على الصعيد العالمي ، يمثل الكربون الأزرق حوالي 1.3٪ (38.5 ± 19 TgC في العام -1) من عزل الأراضي بينما يغطي أقل من 0.4٪ من الأرض. هذا يجعل النظم البيئية للكربون الأزرق ذات كفاءة غير متناسبة في أحواض الكربون (على الرغم من معرفتنا الضعيفة عمومًا بمداها [25]) ، على الرغم من أنها لا تزال ذات أهمية محدودة على مستوى العالم. على سبيل المثال ، خفف الكربون الأزرق فقط 0.42٪ من ثاني أكسيد الكربون العالمي للوقود الأحفوري2 الانبعاثات في 2014 ، المقدرة بـ 9264 TgC yr −1 [9].

(ج) يمكن أن يساهم الكربون الأزرق في اتفاقية باريس على المستوى الوطني

في حين أن النظم البيئية للكربون الأزرق أقل أهمية على مستوى العالم ، فقد يكون لها تأثير على المستويات الوطنية. يُظهر تقديرنا المتحفظ لإمكانية عزل المنغروف الوطنية (الجدول 1) أنها يمكن أن تسهم في التخفيف من الانبعاثات إذا ظلت إزالة غابات المنغروف منخفضة. على سبيل المثال ، عززت أشجار القرم أكثر من 1٪ من انبعاثات الكربون الوطنية لبلدان مثل نيجيريا (أكبر 40 مصدرًا للوقود الأحفوري) وكولومبيا (المرتبة 43) وبنغلاديش (المرتبة 45) والإكوادور (المرتبة 62) وكوبا (المرتبة 70). على العكس من ذلك ، في البلدان التي ترتفع فيها معدلات إزالة غابات المنغروف ، كانت إمكانات تخزين الكربون لأشجار المانغروف المتبقية غير المضطربة أقل من انبعاثات الكربون الناتجة عن إزالة غابات المنغروف (مثل ماليزيا وميانمار الجدول 1). قد لا تساهم هذه البلدان في تخفيف الانبعاثات في الوقت الحالي ولكنها تظهر إمكانات هائلة إذا كان الحفظ يمكن أن يمنع المزيد من الانبعاثات الناتجة عن فقدانها ويشجع على عزل الكربون في المستقبل من خلال الاستعادة [8]. ومن ثم ، فإن التخفيف من انبعاثات الكربون الأزرق على المستوى الوطني يتماشى جيدًا مع اتفاقية باريس والمساهمات المحددة وطنيًا المرتبطة ببعض الدول.

الجدول 1. تحليل مقارن لعزل الكربون من غابات المانغروف (سالمنغروف) ، انبعاثات الكربون من إزالة غابات المنغروف (هالمنغروف) ، وانبعاثات الكربون من الوقود الأحفوري (هالوقود الاحفوري) على المستوى الوطني في عام 2014 لأكبر 20 دولة تمتلك أشجار القرم. (تعرض البيانات الموجودة بين قوسين القيم الدنيا والقصوى من تحليل الحساسية الخاص بنا.)


مقدمة

تسعى سياسات الوقود منخفض الكربون على المستوى الفيدرالي ومستوى الولاية في الولايات المتحدة مثل معيار الوقود المتجدد (RFS) ومعيار الوقود منخفض الكربون (LCFS) في كاليفورنيا إلى تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري وانبعاثات الكربون عن طريق إحداث تحول نحو الوقود الحيوي. يحدد RFS تفويضًا بالكمية لأنواع مختلفة من الوقود الحيوي التي تختلف في كثافة الكربون بالنسبة إلى البنزين. يتم تنفيذ RFS باعتباره تفويضًا لمزج حصة معينة من الوقود الحيوي مع البنزين سنويًا منذ عام 2007. ومن ناحية أخرى ، يحدد LCFS هدفًا لخفض النسبة المئوية في متوسط ​​كثافة الكربون لوقود النقل إلى ما دون مستوى خط الأساس ويوفر الخلاطات المرونة في اختيار المزيج والكميات من أنواع الوقود الحيوي المختلفة لتلبية متوسط ​​كثافة الكربون في الوقود.

أثار إنتاج الوقود الحيوي مخاوف بشأن تنافسهم على الأراضي مع المحاصيل الغذائية مما أدى إلى ارتفاع أسعار المحاصيل العالمية 1،2 التي تؤدي إلى تغيير غير مباشر في استخدام الأراضي (ILUC) على الصعيد العالمي من خلال خلق حوافز لتحويل الأراضي غير الزراعية إلى إنتاج المحاصيل والإفراج عنها الكربون المخزن في التربة والغطاء النباتي 3. تختلف الدراسات في تقديرها لمدى تأثير الوقود الحيوي على أسعار المحاصيل الغذائية ، حيث تقدر العديد من الدراسات أن هذه الأسعار تزيد بنسبة 14-35٪ عن خط الأساس اعتمادًا على خصوصيات سياسات الوقود الحيوي ، وتعريف خط الأساس ، والإطار الزمني. للمقارنة ، أنواع الوقود الحيوي المدرجة والنماذج والأساليب المستخدمة 1،4،5.

لتقليل احتمالية تعويض ILUC عن جزء على الأقل من وفورات الكربون الناتجة عن استبدال الوقود الأحفوري بالوقود الحيوي ، يتطلب التشريع المنشئ لـ RFS و LCFS في كاليفورنيا إدراج كثافة الكربون المباشرة والمتعلقة بـ ILUC للوقود الحيوي في تحديد إجماليه. كثافة الكربون للامتثال لهذه اللوائح 6،7. كثافة الكربون المرتبطة بـ ILUC خاصة بالوقود الحيوي ويشار إليها باسم "عامل ILUC" لهذا الوقود الحيوي. عامل ILUC هو مقياس لانبعاثات الكربون الصادرة لكل وحدة من الوقود الحيوي ، بسبب تغير استخدام الأراضي محليًا ودوليًا بسبب التغيرات التي يسببها الوقود الحيوي في أسعار محاصيل الغذاء / العلف وإيجارات الأراضي في الولايات المتحدة. وهي خاصة بالمواد الأولية وأعلى بالنسبة للمواد الأولية التي تتطلب تحويلًا أكبر للأراضي الزراعية المنتجة من إنتاج المحاصيل الغذائية إلى إنتاج الوقود الحيوي مقارنة بمحاصيل الطاقة التي يمكن زراعتها بشكل منتج في تربة منخفضة الجودة 8. إن إدراج كثافة الكربون ذات الصلة بـ ILUC للوقود الحيوي في كثافة الكربون للوقود الحيوي للامتثال لـ LCFS يهدف إلى استيعاب هذه التأثيرات غير المباشرة وخلق حوافز لتحويل مزيج الوقود الحيوي نحو تلك ذات التأثيرات المنخفضة لـ ILUC ، وبالتالي زيادة الحد من انبعاثات الكربون العالمية. ومع ذلك ، فإن هذا النهج وعوامل ILUC المستخدمة في LCFS في كاليفورنيا كانت مثيرة للجدل وكانت موضوع دعاوى قضائية من قبل منتجي الوقود الحيوي 9.

هناك مؤلفات كبيرة تقيم حجم تأثير ILUC لإيثانول الذرة باستخدام نماذج التوازن العالمية 8. قدرت بعض الدراسات أيضًا تأثير ILUC للوقود الحيوي السليلوزي من مختلف المواد الأولية 10،11. درست العديد من الدراسات التأثير على انبعاثات الكربون لمختلف سياسات الوقود الحيوي ، بما في ذلك RFS 4،12،13،14،15،16 ، والاعتمادات الضريبية الحجمية 13،14 و LCFS الوطني 12،17. قام آخرون بفحص تأثير استخدام الأراضي لـ RFS 4،12،13 و LCFS الوطني في الولايات المتحدة 17 ودوليًا 18. لم تفحص أي من هذه الدراسات الآثار الاقتصادية وآثار الانبعاثات الناتجة عن تضمين عامل ILUC عند تنفيذ LCFS 7،8،19،20،21.

في هذه الدراسة ، استخدمنا نهج النمذجة المتكاملة 14 لتحليل التأثيرات على الاقتصاد وانبعاثات الكربون لتكميل RFS مع LCFS الوطني والآثار المترتبة على تنفيذ LCFS مع وبدون عامل ILUC خلال الفترة 2007-2027. قمنا بدمج نموذج تحليل الوقود الحيوي والسياسة البيئية (BEPAM-F) 14،22 ، مع DayCent 23،24،25،26 لتقدير عزل الكربون في التربة ومع نموذج غازات الاحتباس الحراري والانبعاثات المنظمة واستخدام الطاقة في النقل (GREET) لتقدير انبعاثات دورة الحياة فوق الأرض. BEPAM-F هو اقتصاد ديناميكي ومنفتح ومتكامل لقطاعات الزراعة والغابات والنقل في الولايات المتحدة. DayCent هو نموذج بيئي معتمد عالميًا يحاكي التأثيرات المباشرة لتغير استخدام الأراضي على عزل الكربون في التربة ودورة النيتروجين. استخدمنا هذا لتقدير كثافة انبعاثات الكربون لدورة الحياة المباشرة الخاصة بالمواد الأولية والمتغايرة مكانيًا للوقود الحيوي مع معلمات من GREET 27. قمنا بتضمين تقديرات عامل ILUC الخاصة بالمواد الأولية من مجلس موارد الهواء في كاليفورنيا (CARB) 28 ووكالة حماية البيئة (EPA) 29 والباحث 10. تظهر نتائجنا أن إدراج عامل ILUC في LCFS الوطني يؤدي إلى تخفيف إضافي للانبعاثات التراكمية خلال الفترة 2007-2027 بنسبة 1.3 إلى 2.6٪ (0.6-1.1 مليار ميغاغرام من ثاني أكسيد الكربون)2ه −1) مقارنة مع أولئك الذين ليس لديهم عامل ILUC ، اعتمادًا على عوامل ILUC المستخدمة. ومع ذلك ، يتم تحقيق هذا الخفض بتكلفة رفاهية في الولايات المتحدة تتراوح من 61 دولارًا أمريكيًا إلى 187 دولارًا أمريكيًا ميغاغرام من ثاني أكسيد الكربون2ه 1 ، وهو أكبر بكثير من التكلفة الاجتماعية للكربون البالغة 50 مليون جرام من ثاني أكسيد الكربون2ه −1.


نتائج

تغير المناخ المناسب للمحاصيل وأشجار الغابات

نتوقع أن تزداد مساحة المناخ المناسب لمعظم المحاصيل وأنواع الأشجار الحرجية داخل أوروبا بين عامي 2020 و 2100. ونقدر متوسط ​​الزيادة في المنطقة ذات المناخ المناسب للمحاصيل من 1،925،265 كيلومتر مربع في عام 2020 إلى 2،790،484 كيلومتر مربع (+47 ٪) تحت مسار التركيز التمثيلي (RCP) 8.5 و 2487919 كيلومتر مربع (+ 27٪) بموجب سيناريو RCP4.5 في عام 2100. بالنسبة لأنواع الأشجار الحرجية ، يزداد متوسط ​​مساحة المناخ المناسب من 4،225،050 كيلومتر مربع في عام 2020 إلى 4،366،851 كيلومتر مربع 2 (+ 3٪) في ظل سيناريو RCP8.5 ، أقل مما كان متوقعًا في إطار سيناريو RCP4.5 (4،561،816 كم 2) (+ 8٪) حتى نهاية القرن ، بسبب الخسارة الأقل في جنوب أوروبا.

بافتراض وجود علاقة بين الربح الاقتصادي والمناطق المناسبة مناخيًا ، نتوقع زيادة فرص الزراعة لـ 82 (RCP8.5) ، 91 (RCP4.5) على التوالي من بين 126 نوعًا من المحاصيل وأشجار الغابات. سيكون لبعض هذه الأنواع زيادة كبيرة في المنطقة المناخية المناسبة وبالتالي مجال لتزايد الأهمية الاقتصادية. على سبيل المثال ، تبلغ قيمة إنتاج فول الصويا في أوروبا حاليًا حوالي 3.5 مليار دولار (FAOSTAT 41) وستزيد المنطقة المناخية المناسبة بنسبة 190٪ في إطار سيناريو RCP8.5 (95٪ RCP4.5) بحلول نهاية القرن . نتوقع أيضًا زيادة المساحة المناسبة للعديد من المحاصيل المتخصصة ذات القيم السوقية العالية (على سبيل المثال ، RCP8.5: تفاح + 29٪ ، جريب فروت + 756٪ ، ليمون + 105٪ ، شمام + 87٪ ، طماطم + 42٪ RCP4 .5: تفاح + 47٪ ، جريب فروت + 225٪ ، ليمون حامض 70٪ ، شمام + 50٪ ، طماطم + 23٪). وفي الوقت نفسه ، بالنسبة للمحاصيل الأخرى ذات الصلة من الناحية الاقتصادية ، من المتوقع أن تنخفض المنطقة المناخية المناسبة داخل أوروبا بشكل كبير بحلول عام 2100 بموجب سيناريو RCP8.5 (القمح 9٪ ، الذرة 14٪ (الشكل 1) ، الشوفان 44٪ ، الجاودار - 76٪ ، بطاطس 20٪) ، بينما كانت محدودة أكثر في RCP4.5 (القمح + 4٪ ، الذرة + 7٪ ، الشوفان −9٪ ، الجاودار −28٪ ، البطاطس + 1٪). من المتوقع أن تفقد أنواع الأشجار الحرجية منطقة مناخية مناسبة في ظل زيادة درجة الحرارة الشديدة (RCP8.5 أبيس ألبا −73%, فاجوس سيلفاتيكا −12٪ (الشكل 1) ، Picea abies −77٪) ، ولكن انخفاض أبطأ تحت RCP4.5 (أ. ألبا −36%, F. سيلفاتيكا +8%, P. abies − 39٪). قمنا بالتحقيق في الاختلافات الجغرافية في تغيير المناطق المناسبة مناخيا. تسلط نتائجنا للمناطق الأوروبية الخمس الضوء على أن الفرص الجديدة لاستغلال المحاصيل وأشجار الغابات ستفتح ، لا سيما في شمال أوروبا (RCP8.5: 48 نوعًا في 2020 ، +33 في 2100 RCP4.5: 48 +16) و الجزر البريطانية (RCP8.5: 53 +28 RCP4.5: 53 +10). في الغرب (RCP8.5: 85 +9 RCP4.5: 83 +9) وأوروبا الشرقية (RCP8.5: 90 +6 RCP4.5: 90 +7) ، من المتوقع أن تواجه أنواع أكثر قليلاً مناخًا مناسبًا في المستقبل بينما في جنوب أوروبا (RCP8.5: 101 −7 RCP4.5: 100 +0) من المتوقع أن ينخفض ​​عدد الأنواع ذات المناخ المناسب.

العنب (كرمة العنب الاوروبي) الذرة (قد زياق) والزان الأوروبي (فاجوس سيلفاتيكا) إظهار الملاءمة المناخية المتغيرة نحو خطوط العرض العليا. اليوروكانثوس سبينيفيروس، آفة الفاكهة ، هيليكوفيربا زيا، آفة المحاصيل الصالحة للزراعة و Ips pini ، آفة غابات ، تظهر أيضًا ملاءمة مناخية متغيرة شمالًا في ظل الظروف المناخية المستقبلية. يوفر المناخ الحالي في أوروبا بالفعل ظروفًا مناسبة لهذه الآفات. تُظهر المناطق الحمراء فقدان الملاءمة المناخية من عام 2020 إلى عام 2100. تُظهر المنطقة الحمراء والأزرق الداكن معًا التوزيع النموذجي في عام 2020. وتظهر التوقعات في إطار سيناريو RCP8.5 هنا. الصور مرخصة بموجب Creative Commons Attribution 3.0 Unported (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.en/: Vitis vinifera: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Grapes_during_pigmentation.jpg Ips pini: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ips_pini.jpg) ، أو Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/deed .en زيا ميس: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mahane_Yehuda_Market_(9629714152).jpg فاجوس سيلفاتيكا: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Beech_(Fagus_sylvatica)_(19185865168).jpg هيليكوفيربا زيا: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Helicoverpa_zea_larva.jpg.) صورة اليوروكانثوس سبينيفيروس تم عرضه على أنه خالٍ من حقوق الطبع والنشر على http://www.ces.csiro.au/aicn/name_s/b_164.htm. تم اقتصاص جميع الصور إلى الحد المناسب لكنها ظلت دون تغيير.

زيادة الارتباط بين النباتات والآفات

أنشأنا metaweb لتسجيل جميع التفاعلات المعروفة بين النباتات المضيفة والآفات الحشرية في أوروبا. قمنا بتقييد خط metaweb مع احتمال تداخل مدى ملاءمة النطاق من أجل تحديد التغيرات العامة في حدوث الآفات على المحاصيل ، في ظل المناخ الحالي والمستقبلي (الشكل 2). يشير التداخل المقاس للملاءمة المناخية النموذجية للنباتات والآفات المضيفة إلى زيادة عدد الروابط والتعرض (كمتوسط ​​مساحة التداخل لكل رابط) لأوروبا. يشير Metaweb الذي تمت تصفيته بواسطة تداخل الملاءمة في ظل تغير المناخ إلى أنه بحلول عام 2100 ، من المتوقع أن يكون ما يصل إلى 80٪ (RCP4.5: 79٪) من الروابط ممكنًا ، على الرغم من التباين الكبير بين المناطق (مثل جنوب أوروبا ، وأوروبا الغربية ، وشمال أوروبا ، أوروبا الشرقية ، الجزر البريطانية الشكل 3) والفترات الزمنية (2020-2100). في جنوب أوروبا ، يمكن بالفعل تحقيق 64٪ (RCP4.5: 63٪) من الروابط في ظل المناخ الحالي. في المقابل ، في شمال أوروبا حاليًا يمكن تحقيق 7٪ فقط (RCP4.5: 7٪) من الروابط. وهذا يترك احتمالية كبيرة للزيادة بحلول عام 2100 ، عندما تصبح نسبة 25٪ (RCP4.5: 15٪) من جميع الروابط ممكنة. تؤثر معظم التفاعلات في أوروبا على "محاصيل الفاكهة" (RCP8.5: 251 +11 RCP4.5: 244 +31) و "أشجار الغابات" (RCP8.5: 176 -4 RCP4.5: 171 +8). سوف تتأثر المحاصيل ذات الصلة اقتصاديًا بالعديد من أنواع الآفات المحتملة في شمال أوروبا بحلول نهاية القرن (الذرة: +7 روابط ضمن RCP8.5 / +3 روابط ضمن RCP4.5 القمح + 4 / + 3 ، البطاطس + 6 / +3 ، كرمة + 5 / + 4). وجدنا زيادة أقوى في الروابط لكل نوع من الآفات في المناطق الشمالية. توضح الروابط العديدة أن الجنوبية (RCP8.5: 595 RCP4.5: 586) والغربية (RCP8.5: 287 RCP4.5: 297) وأوروبا الشرقية (RCP8.5: 318 RCP4.5 297) مهددة بالفعل غزوات الآفات في ظل المناخ الحالي. في المقابل ، تُظهر شمال أوروبا (RCP8.5: +166 روابط RCP4.5: +77) والجزر البريطانية (RCP8.5: +190 RCP4.5: +78) زيادة قوية في روابط الشبكة في ظل تغير المناخ ، مما يشير أن تنويع المحاصيل سيأتي على حساب ارتفاع ضغط الآفات. بينما في جنوب أوروبا ، ينخفض ​​عدد الروابط لكل نوع في المتوسط ​​من 6.7 إلى 6.1 ، يزداد بقوة في شمال أوروبا (0.8 إلى 2.6) والجزر البريطانية (1.1 إلى 3.2). زيادة الحدوث المتوقع للآفات العامة ، مثل متعدد الآفات Spodoptera frugiperda و هيليكوفيربا زيا يساهم في زيادة عدد الروابط والروابط لكل نوع تحت تغير المناخ. بينما في جنوب أوروبا ، فإن الروابط مع معظم النباتات المضيفة ممكنة بالفعل في ظل المناخ الحالي ، في شمال أوروبا ، سيزداد عدد الروابط بشكل كبير لكل منهما (S. frugiperda: +19 رابطًا من 2020 إلى 2100 بموجب RCP8.5 ، +10 RCP4.5 H. زيا: +21 RCP8.5 ، +14 RCP4.5). تؤدي الزيادة في حدوث الأنواع العامة إلى انخفاض في تخصص الشبكة في ظل تغير المناخ. بالإضافة إلى ذلك ، من المتوقع أن يتعطل الهيكل المعياري المرصود بمرور الوقت ، حيث ستهاجم الآفات الأكثر عمومية فئات مختلفة من النباتات المضيفة. يتم دعم هذه الاتجاهات بواسطة مقاييس الشبكة الأخرى مثل زيادة تنوع الشركاء وزيادة عدد الشركاء المشتركين للنباتات المضيفة والآفات (الشكل التكميلي 6).

تظهر شبكة التفاعل الخاصة بجنوب أوروبا أن معظم التفاعلات ممكنة بالفعل في ظل الظروف المناخية الحالية. تُظهر الرموز فئات مختلفة من الآفات (من الأسفل إلى الأعلى: "آفات الفاكهة" ، "آفات المحاصيل الصالحة للزراعة" ، "آفات الخضروات" ، "الآفات متعددة الآفات" و "آفات الغابات") والنباتات المضيفة (من اليسار إلى اليمين: "محاصيل الفاكهة "،" المحاصيل الصالحة للزراعة "،" محاصيل الخضر "،" المحاصيل الأخرى "و" أشجار الغابات "). تواجه "آفات الفاكهة" و "الآفات متعددة الآفات" و "آفات الغابات" أعلى المخاطر. توضح النقاط الملونة الخطوة الزمنية لأول تداخل محتمل بين كل زوج من النباتات المضيفة والآفة. في المقابل ، تُظهر شبكة التفاعل لشمال أوروبا أن العديد من التفاعلات تصبح قابلة للتحقيق فقط في النصف الثاني من القرن الحالي وليس حتى عام 2100 (الروابط الرمادية). تظهر شبكات التفاعل للمناطق الأخرى وسيناريوهات RCP4.5 في الأشكال التكميلية. 1-5. الأيقونات هي صور مرخصة بموجب Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication (https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/deed.en) ، ترخيص Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic (https: // creativecommons .org / licenses / by-sa / 2.0 / deed.en) أو Creative Commons Attribution 3.0 Unported (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.en) أو Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International ( https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en). الصور متاحة على عناوين URL التالية: آفات الغابات: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lymantor_coryli_(Perris،_1855)_Syn.- Triotemnus_coryli_ (Perris، _1855) _ (15286593562) .png Polyphagus pests: https : //commons.wikimedia.org/wiki/ الملف: Halyomorpha_halys_s2a.jpg الآفات النباتية: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CSIRO_ScienceImage_7410_A_larva_of_Helicoverpa_armigera_the_worlds_worst_commonsect_pest.jpg Arab. ويكي / ملف: Diabrotica_virgifera_LeConte، _1868.jpg Apple: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Manzana.svg Pear: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pear_icon.png المحاصيل العربية: https://commons.wikimedia.org/wiki/ الملف: الزراعة_- The_Noun_Project.svg الطماطم: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Twemoji_1f345.svg الباذنجان: https://commons.wikimedia.org/ ويكي / ملف: Twemoji_1f346.svg قهوة: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Coffee_beans_by_gnokii.svg أشجار الغابات: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Noun_883674_cc_Sy mbolon_tree_icon.svg.

المناطق الأوروبية (أ جزر بريطانية ب شمال أوروبا ج أوروبا الشرقية د أوروبا الغربية ه الجزء العلوي الأيسر من جنوب أوروبا). تظهر الرسوم البيانية الخصائص المشتقة من metawebs من مناطق مختلفة. يتم عرض عدد الروابط (أحمر) ، والتعرض ، حيث أن متوسط ​​مساحة التداخل لكل رابط في النسبة المئوية للزيادة (البرتقالي) ، والنباتات المضيفة (الخضراء) والآفات (الزرقاء) ذات الظروف المناخية المناسبة في 5000 خلية شبكية أو أكثر في كل خطوة زمنية ( 2020-2100) لجميع المناطق (أه). تظهر مقاييس الروابط على الجانب الأيسر ، للنباتات المضيفة والآفات على الجانب الأيمن من اللوحات العلوية ، للتعرض على الجانب الأيمن على اللوحات السفلية من الشكل. تُظهر الخطوط الرفيعة نتائج تنبؤات GCM الفردية والخطوط السميكة متوسطات نماذج الدوران العام الأربعة لكل سيناريو. يتم عرض المقاييس الإضافية (التخصص والنمطية وزيادة تنوع الشركاء وزيادة عدد الشركاء المشتركين) للنباتات المضيفة والآفات في المادة التكميلية (الشكل التكميلي 6).

تتداخل منطقة الملاءمة مع تغير المناخ

يشير اقتران metaweb مع الملاءمة المناخية المتوقعة إلى حدوث تحولات في تعرض النباتات المدارة للآفات بمرور الوقت (الشكل 3). من المتوقع أن يزداد متوسط ​​مساحة التداخل لكل رابط من الملاءمة المناخية النموذجية للنباتات والآفات المضيفة بنسبة 51٪ (RCP4.5: 38٪) بين عامي 2020 و 2100 في أوروبا. يزداد التعرض أكثر في شمال أوروبا (RCP8.5: 173٪ RCP4.5: 75٪) والجزر البريطانية (RCP8.5: 165٪ RCP4.5: 57٪). أيضًا بالنسبة للغرب (RCP8.5: 90٪ RCP4.5: 43٪) وأوروبا الشرقية (RCP8.5: 60٪ RCP4.5: 49٪) ، نلاحظ زيادة ملحوظة على عكس جنوب أوروبا ، حيث نتوقع القليل التغييرات (RCP8.5: 0٪ RCP4.5: 19٪). على سبيل المثال ، تعزز الملاءمة المناخية المتزايدة لبعض أنواع الآفات زيادة ملحوظة في مساحة التداخل المحتملة مع النباتات المضيفة (S. frugiperda: + 176٪ RCP8.5 + 70٪ RCP4.5 H. زيا + 88٪ RCP8.5 + 42٪ RCP4.5). For different categories of host plants, we find similar patterns of slightly increasing area of overlap in all regions but Southern Europe, where we predict decreasing area of overlap for forest trees and arable crops (Supplementary Figs. 7 and 8). For pest categories, we predict that forest pests will overlap less with their host plants in the future, while all other categories will have larger overlap of suitable areas towards the end of the century (Supplementary Figs. 9 and 10). Although the climatic suitability drops for some crops, the area of overlap of these crops with their pests is nevertheless predicted to increase, as found for maize (RCP8.5: +110% RCP4.5: +39%), wheat (RCP8.5: +135% RCP4.5: +40%) and potatoes (RCP8.5: +80% RCP4.5: +44%).

Changing area of climate suitability for pests

Overall, the median area with suitable climate for insect pests (2,491,321 km 2 in 2020) will increase under climate change associated with a northward expansion of pest species. We forecast an average increase in the suitable area for pest species of 294,176 km 2 (+12%) under the RCP8.5 scenario and 229,981 km 2 (+9%) under the RCP4.5 scenario. Most of the considered pests already have suitable climatic conditions in Europe. In particular, Southern Europe (RCP8.5: 71 RCP4.5: 71) is already threatened by many of the pests on the EPPO lists. In Northern Europe (RCP8.5: 26 +14 RCP4.5: 27 +5), Western Europe (RCP8.5: 43 +13 RCP4.5: 44 +8), Eastern Europe (RCP8.5: 47 +11 RCP4.5: 45 +6) and the British Isles (RCP8.5: 25 +17 RCP4.5: 26 +9), pest pressure will increase until 2100 (Fig. 3). Under the RCP8.5 we predict increasing suitable climate area for 60 of 89 pest species (71 under RCP4.5), and hence important potential expansions such as for the fall armyworm (S. frugiperda), which will increase by 81% (3,341,038 km 2 under current conditions 51% under RCP4.5), corresponding to additional 2,758,535 km 2 (1,676,514 km 2 under RCP4.5). We quantified the dynamic shifts of climatic suitability for host plant and pest species from and to each colonized grid cell in Europe between 2020–2060 and 2060–2100 (Fig. 4). The shift of climatic suitability for host plants shows a gradient towards higher latitudes, underlining the opportunities arising in northern regions in the second half of the century. Meanwhile, the shift of climatic suitability for insect pest shows no clear south-north gradient, possibly because of more complex and diverse climatic niche shapes of pest species. Consequently, the dynamic of the shift of insect pest species is expected to be more idiosyncratic than that of their host plants under climate change. We observe a slight decrease of the number of pest species in central and northeastern regions, caused by the gap in climatic niches between cold-adapted pests and more warm-adapted pests (Supplementary Fig. 12). While cold-adapted species will move further north with increasing temperatures, warm-adapted species are lacking behind. Finally, we analyzed the shift in centroid position of all modelled ranges of host plants and pest species by measuring the direction and distance of the movement between 2020 and 2100 (Supplementary Figs. 13 and 14). The centroid analysis shows a median distance of 519 km, and speed of 6.5 km/year for pests under RCP8.5 (240 km 3.0 km/year for RCP4.5), values that are consistent with published estimates of dispersal capacity 42 . The analysis indicated a median distance of 588 km for host plants, resulting in a speed of 7.3 km/year (269 km 3.4 km/year for RCP4.5).

Arrows show for each grid cell the average direction of climatic suitability shift over all species. For each species, we calculated the direction from where each newly suitable grid cell can be reached from its closest suitable grid cell in the previous time step. The length of the arrows is proportional to the number of new colonisations of each grid cell. The coloured maps show the change in total number of pests (top) and host plants (bottom) with suitable conditions during the time steps of 2020–2060 (left) and 2060–2100 (right). Red shadings indicate an increase of the number of species with suitable climate blue shadings indicate decreasing numbers. Climatic suitability shift and change in number of species are shown for the RCP8.5 scenario (see Supplementary Fig. 11 for RCP4.5).


Governor Newsom Announces $5.1 Billion Package for Water Infrastructure and Drought Response as Part of $100 Billion California Comeback Plan

MERCED COUNTY – Governor Gavin Newsom today proposed a $5.1 billion package of immediate drought response and long-term water resilience investments to address immediate, emergency needs, build regional capacity to endure drought and safeguard water supplies for communities, the economy and the environment. The Governor’s proposal comes as part of a week-long tour highlighting the Administration’s comprehensive recovery plan tackling the most persistent challenges facing California.

“Shoring up our water resilience, especially in small and disadvantaged communities, is imperative to safeguarding the future of our state in the face of devastating climate change impacts that are intensifying drought conditions and threatening our communities, the economy and the environment,” said Governor Newsom. “This package of bold investments will equip the state with the tools we need to tackle the drought emergency head-on while addressing long-standing water challenges and helping to secure vital and limited water supplies to sustain our state into the future.”

In addition to the $5.1 billion investment, the Governor is proposing $1 billion to help Californians pay their overdue water bills.

The Governor announced the package today in Merced County while visiting the San Luis Reservoir, which sits at less than half of capacity and just 57 percent of average for this date. Earlier in the day, Governor Newsom significantly expanded his April 21 drought emergency proclamation to include Klamath River, Sacramento-San Joaquin Delta and Tulare Lake Watershed counties. In total, 41 counties are now under a drought state of emergency, representing 30 percent of the state’s population.

Governor Newsom announces $5.1 billion drought and water infrastructure package at San Luis Reservoir.

The Governor’s $5.1 billion proposed investment, over four years, aligns with his July 2020 Water Resilience Portfolio, a roadmap to water security for all Californians in the face of climate change. It is shaped by lessons learned during the 2012-16 drought, such as the need to act early and gather better data about water systems. الباقة تشمل:

  • $1.3 billion for drinking water and wastewater infrastructure, with a focus on small and disadvantaged communities.
  • $150 million for groundwater cleanup and water recycling projects.
  • $300 million for Sustainable Groundwater Management Act implementation to improve water supply security, water quality and water reliability.
  • $200 million for water conveyance improvements to repair major water delivery systems damaged by subsidence.
  • $500 million for multi-benefit land repurposing to provide long-term, flexible support for water users.
  • $230 million for wildlife corridor and fish passage projects to improve the ability of wildlife to migrate safely.
  • $200 million for habitat restoration to support tidal wetland, floodplain, and multi-benefit flood-risk reduction projects.
  • $91 million for critical data collection to repair and augment the state’s water data infrastructure to improve forecasting, monitoring, and assessment of hydrologic conditions.
  • $60 million for State Water Efficiency and Enhancement Program grants to help farmers reduce irrigation water use and reduce greenhouse gas emissions from agricultural pumping.
  • $33 million for fisheries and wildlife support to protect and conserve California’s diverse ecosystems.
  • $27 million for emergency and permanent solutions to drinking water drought emergencies.

Learn more about current conditions, the state’s response and informational resources available to the public at the state’s new drought preparedness website.


مقدمة. Global change and biodiversity: future challenges

Climate Change Vulnerability and Adaptation Programme, NRF/DST Centre of Excellence at the FitzPatrick Institute of African Ornithology, University of Cape TownRondebosch, Cape Town 7700, Republic of South Africa

Laboratoire d'Ecologie Alpine, UMR-CNRS 5553, Université Joseph FourierBP 53, 38041 Grenoble Cedex 9, France

Global Change and Biodiversity Programme, South African National Biodiversity Institute, Kirstenbosch Research CentrePrivate Bag X7, Claremont 7735, Republic of South Africa

Climate Change Vulnerability and Adaptation Programme, NRF/DST Centre of Excellence at the FitzPatrick Institute of African Ornithology, University of Cape TownRondebosch, Cape Town 7700, Republic of South Africa

Laboratoire d'Ecologie Alpine, UMR-CNRS 5553, Université Joseph FourierBP 53, 38041 Grenoble Cedex 9, France

There can be few starker challenges for environmental change biologists than the need to see as many species as possible through the bottlenecks of the next two centuries. Increasingly, we will have to work in ‘triage’ mode—making tough decisions about the probability of species' survival, the effectiveness of habitat management and the allocation of scarce resources. At the same time, we may have to do this in the context of societies that are increasingly unstable, and institutions that are increasingly strained and powerless. So the kind of tools we need must be as robust, as well-founded and as easy to use as possible in a complex, fast-changing and difficult world. It is truly a ‘grand challenge’ for the field (Thuiller 2007).

There has seldom been such a need for good science, but so little time to fiddle with the details. Is the field of global change biology delivering this clear advice?

We like to think that it is, but frankly, the jury is still out on this point. Undeniably, the best global change science has done exactly that: delivered spatially explicit, scientifically rigorous, priority-based advice about species' vulnerability and adaptation options—although the latter remains an enormous gap. This science is based on empirical data, spatial and demographic models that are as rigorous as possible under imperfect circumstances. But we have an enormous global responsibility to keep this work flowing. As we pursue greater methodological refinement, greater rigour, more comprehensive datasets and additional robustness, we are also at risk of a tragic complacency—fiddling while Rome burns, building secure careers from the conceptual advancement of the field as if it is just another academic issue, and rushing to stake claims to abstruse intellectual territory. The best collaborative research in this field, such as some of the EU-funded research consortia, counters this tendency and applies the principles that numerous good brains are better than one or two, and that a common purpose, with clear goals, tight timetables and scientific productivity, allows us collaboratively to ‘cut to the chase and deliver the goods’—as conservation managers have increasingly started to demand of us.

Several of the papers in this special issue of رسائل علم الأحياء spring from these collaborative global change consortia, and others are based on independent integration of themes and methods. Rickebusch وآخرون. (2008) is one such consortium output, from the FP6 MACIS European project (مinimization of and أdaptation to جlimate Change أناmpacts on Biodiverسity). It brings together key players from different fields in predictive global change science, who in the past seldom collaborated closely. The outcome is challenging, indeed a bit mind-blowing. MACIS is finding that usual proxies for precipitations and soil humidity could be misleading, as they do not account for the direct effect of CO2 on vegetation—leading to more conservative projections of vegetation change under climate change scenarios. The paper by Keith وآخرون. (2008) also stems partly from European collaborative grants (FP6 MACIS European project) and other sources (NERC, IUCN), which brought together population biologists and species' distribution modellers to propose an exciting new framework for estimating the influence of both climate and land use change on population dynamics. Other papers originating from collaborative global change consortia are Pompe وآخرون. (2008), who evaluate the impact of climate change on German flora (FP6 ALARM European project), Ohlemüller وآخرون. (2008), who conclude that rarer climates occurring in current centres of species rarity could shrink disproportionately under future climate change, thereby probably increasing many species' vulnerability (a direct output of the large European project ALARM), or Hannah وآخرون.'s review of climate change adaptation for conservation in the Madagascar biodiversity hotspot.

Fortunately, although they are increasingly successful, large global change consortia are not the only ones producing robust and rigorous science. On the more conceptual side, Morin & Lechowicz (2008) discuss the latest developments in predictive modelling, community ecology and biogeography, and argue that a new understanding of relationships among the niche concept, species' diversity and community assembly should lead towards more rigorous models of global change effects on species' distribution and community diversity.

On the methods side, De Marco وآخرون.'s paper (2008) demonstrates how useful spatial eigenvector decomposition can be in tackling the problems of spatial autocorrelation in species' distribution models. Altwegg وآخرون. (2008) emphasize the value of occupancy models that use imperfect presence–absence data in projecting species' responses to global change, in a way that avoids confounding occurrence with detection probability. Finally, Broennimann & Guisan (2008) draw on their seminal paper published last year in رسائل علم البيئة (Broennimann وآخرون. 2007) to show how modelling potential invasion using species' distribution models is improved by incorporating data from both native and invaded ranges. This paper shows us that realized niches, while easily modelled, are not easy to project into the future or in space, since they do not represent the full environmental capabilities of species, which should be closer to the fundamental niche. It also demonstrates the danger of projecting potential distributions into the future or into space using very limited or inaccurate data.

Global change scientists seem to have been better at developing concepts, methods and simulations than at gathering real data on species' vulnerability. This is an uncomfortable truth for the field, especially for those of us trained as field biologists. Indeed, we see it as one of our primary challenges. But the fact remains that we are severely data limited in many areas, and face a global conservation crisis. Given the urgency with which we often need to operate, and the consequences of delay or inaction for biodiversity, is it not a better strategy to validate and calibrate models and concepts adequately to suit what our best judgement tells us are the conservation needs of the greatest number of species, and focus fieldwork on those species that may fall outside the curve? This dilemma is complex, and seldom comfortable to those involved in species-level conservation implementation. But we may have little choice, particularly in biodiverse regions of the Southern Hemisphere where datasets—both biodiversity and climate data—are particularly sparse. Rare exceptions are the fine-scale work done on the protea family of the South African fynbos, which Keith وآخرون. (2008) use to demonstrate the integration of habitat suitability and demographic models, and the multiple species range datasets from Madagascar in the extensive work summarized by Hannah وآخرون. (2008). Even rarer are detailed analyses of historical biogeographic and/or behavioural or physiological data, such as represented in the paper by Monahan & Hijmans (2008), or the use of historical data to help validate modelling approaches, such as the retrodiction discussed by Green وآخرون. (2008).

Monahan & Hijman's paper shows how complex species' responses really can be. Declining populations of field sparrows Spizella pusilla expanded their winter range by over 200 km polewards at the time of increasing net primary productivity, arguably limited only by ecophysiological tolerance. The integration of many of these factors—behaviour, phenology, life history, physiology, demography and others—is essential for building a comprehensive picture of species' responses. Yet, we will probably be able to do this for only a tiny subset of species, even with vertebrates. The most detailed European and North American research on the climate change-induced phenology bottlenecks in species' life cycles (e.g. Both وآخرون. 2006 Visser 2008) require detailed pedigrees derived from patient, long-term population studies, which are rarely possible in the world's Southern Hemisphere biodiversity hotspots (e.g. Simmons وآخرون. 2004). The most insightful, ecologically surprising and desperately needed collaborative work of the future must bridge this capacity and data gap between hemispheres, and link the strong teams of the North with other regions of the world that are so little known in terms of species' vulnerability.

Without doubt, global change biologists now need to make explicit the implications of their science for improved conservation planning, policy, research and management. Conservation adaptation work is a broad, complex, interdisciplinary field. It is unfortunately treated significantly in this issue only by Hannah وآخرون. for Madagascar. We urge scientists in this field to forge alliances with those at the coalface of conservation implementation, to flesh out robust principles and detailed recommendations based on global change biology for real-world conservation action, a process recently started at a workshop in southern Africa (Barnard وآخرون. 2007). There is so little time to waste, and so much insight into smart conservation actions to be gained.


علم تغير المناخ: تحليل لبعض الأسئلة الرئيسية (2001)

مناخ

المناخ هو متوسط ​​حالة الغلاف الجوي والأرض أو المياه الموجودة تحته ، على نطاقات زمنية من المواسم وأطول. عادة ما يتم وصف المناخ من خلال إحصاءات مجموعة من المتغيرات الجوية والسطحية ، مثل درجة الحرارة ، والتساقط ، والرياح ، والرطوبة ، والغيوم ، ورطوبة التربة ، ودرجة حرارة سطح البحر ، وتركيز وسمك الجليد البحري. قد تكون الإحصائيات من حيث المتوسط ​​طويل الأجل ، بالإضافة إلى مقاييس أخرى مثل درجة الحرارة الدنيا اليومية ، أو طول موسم النمو ، أو تواتر الفيضانات. على الرغم من أن المناخ والتغير المناخي يتم تقديمهما عادةً بمصطلحات متوسطة عالمية ، فقد يكون هناك انحرافات محلية وإقليمية كبيرة عن هذه الوسائل العالمية. يمكن أن تخفف أو تبالغ في تأثير تغير المناخ في أجزاء مختلفة من العالم.

يساهم عدد من العوامل في تغير المناخ وتغير المناخ ، ومن المفيد تحديد مصطلحات التأثيرات المناخية ، وحساسية المناخ ، والتغير المناخي العابر للمناقشة أدناه.

التأثيرات المناخية

يمكن تعريف التأثير المناخي على أنه اضطراب مفروض في توازن طاقة الأرض. تتدفق الطاقة من الشمس ، معظمها في الأطوال الموجية المرئية ، وتعود مرة أخرى كإشعاع الأشعة تحت الحمراء طويل الموجة (الحرارة). زيادة سطوع الشمس ، على سبيل المثال ، هو تأثير إيجابي يميل إلى جعل الأرض أكثر دفئًا. من ناحية أخرى ، يمكن أن يؤدي ثوران بركاني كبير جدًا إلى زيادة الهباء الجوي (الجسيمات الدقيقة) في الجزء السفلي من الستراتوسفير (ارتفاعات 10 & ndash15 ميلًا) التي تعكس ضوء الشمس إلى الفضاء وبالتالي تقلل الطاقة الشمسية التي يتم توصيلها إلى سطح الأرض. هذه الأمثلة هي التأثيرات الطبيعية. تنتج التأثيرات من صنع الإنسان ، على سبيل المثال ، من الغازات والهباء الجوي الناتج عن حرق الوقود الأحفوري ، والتغيرات في سطح الأرض من التغيرات المختلفة في استخدام الأراضي ، مثل تحويل الغابات إلى أراضٍ زراعية. تميل تلك الغازات التي تمتص الأشعة تحت الحمراء ، أي غازات الدفيئة & ldquogreenhouse & rdquo ، إلى منع هذا الإشعاع الحراري من الهروب إلى الفضاء ، مما يؤدي في النهاية إلى ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض. The observations of human-induced forcings underlie the current concerns about climate change.

The common unit of measure for climatic forcing agents is the energy perturbation that they introduce into the climate system, measured in units of watts per square meter (W/m 2 ). The consequences from such forcings are often then expressed as the change in average global temperature, and the conversion factor from forcing to temperature change is the sensitivity of Earth's climate system. Although some forcings&mdashvolcanic plumes, for example&mdashare not global in nature and temperature change may also not be uniform, comparisons of the strengths of individual forcings, over comparable areas, are useful for estimating the relative importance of the various processes that may cause climate change.

CLIMATE SENSITIVITY

The sensitivity of the climate system to a forcing is commonly expressed in terms of the global mean temperature change that would be expected after a time sufficiently long for both the atmosphere and ocean to come to equilibrium with the change in climate forcing. If there were no climate feedbacks, the response of Earth's mean temperature to a forcing of 4 W/m 2 (the forcing for a doubled atmospheric CO2) would be an increase of about 1.2°C (about 2.2°F). However, the total climate change is affected not only by the immediate direct forcing, but also by climate &ldquofeedbacks&rdquo that come into play in response to the forcing. For example, a climate forcing that causes warming may melt some of the

sea ice. This is a positive feedback because the darker ocean absorbs more sunlight than the sea ice it replaced. The responses of atmospheric water vapor amount and clouds probably generate the most important global climate feedbacks. The nature and magnitude of these hydrologic feedbacks give rise to the largest source of uncertainty about climate sensitivity, and they are an area of continuing research.

As just mentioned, a doubling of the concentration of carbon dioxide (from the pre-Industrial value of 280 parts per million) in the global atmosphere causes a forcing of 4W/ m 2 . The central value of the climate sensitivity to this change is a global average temperature increase of 3°C (5.4°F), but with a range from 1.5°C to 4.5°C (2.7 to 8.1°F) (based on climate system models: see section 4 ). The central value of 3°C is an amplification by a factor of 2.5 over the direct effect of 1.2°C (2.2°F). Well-documented climate changes during the history of Earth, especially the changes between the last major ice age (20,000 years ago) and the current warm period, imply that the climate sensitivity is near the 3°C value. However, the true climate sensitivity remains uncertain, in part because it is difficult to model the effect of cloud feedback. In particular, the magnitude and even the sign of the feedback can differ according to the composition, thickness, and altitude of the clouds, and some studies have suggested a lesser climate sensitivity. On the other hand, evidence from paleoclimate variations indicates that climate sensitivity could be higher than the above range, although perhaps only on longer time scales.

TRANSIENT CLIMATE CHANGE

Climate fluctuates in the absence of any change in forcing, just as weather fluctuates from day to day. Climate also responds in a systematic way to climate forcings, but the response can be slow because the ocean requires time to warm (or cool) in response to the forcing. The response time depends upon the rapidity with which the ocean circulation transmits changes in surface temperature into the deep ocean. If the climate sensitivity is as high as the 3°C mid-range, then a few decades are required for just half of the full climate response to be realized, and at least several centuries for the full response. 1

Such a long climate response time complicates the climate change issue for policy makers because it means that a discovered undesirable climate change is likely to require many decades to halt or reverse.

Increases in the temperature of the ocean that are initiated in the next few decades will continue to raise sea level by ocean thermal expansion over the next several centuries. Although society might conclude that it is practical to live with substantial climate change in the coming decades, it is also important to consider further consequences that may occur in later centuries. The climate sensitivity and the dynamics of large ice sheets become increasingly relevant on such longer time scales.

It is also possible that climate could undergo a sudden large change in response to accumulated climate forcing. The paleoclimate record contains examples of sudden large climate changes, at least on regional scales. Understanding these rapid changes is a current research challenge that is relevant to the analysis of possible anthropogenic climate effects.

1 The time required for the full response to be realized depends, in part, on the rate of heat transfer from the ocean mixed layer to the deeper ocean. Slower transfer leads to shorter response times on Earth's surface.


5.2 What will be the impact on marine fisheries?

القطب الشمالي marine fisheries provide an important food source globally, and are a vital part of the region’s economy. In the past climate change has induced major ecosystem shifts in some areas and this could happen again resulting in radical unpredictable changes in species present. More.

5.2.1 An example of a positive impact of climate change is the cod population in West Greenland which thrived between the 1920s and 1960s, a time period when the waters were warmer then they are now. A warming of the climate is thus likely to have a positive effect on the cod population allowing more fishing. An example of a negative impact is the fishing of shrimp in Greenlandic waters which is likely to suffer, both from the predicted changes in climatic conditions and from the growing cod population who feed on shrimp. More.

5.2.2 In the early 1950s, the Norwegian herring stock was the largest in the world, and was important to Norway, Iceland, Russia, and the Faroe Islands. In the 1960s, a sudden and severe cooling of the waters west of the Norwegian Sea where the herrings were feeding, combined with high intensity fishing, contributed to the collapse of the Norwegian Herring Stock. Since the 1970s the return of favorable climatic conditions and international agreements on restricting the capture of herring permitted a gradual recovery of the stock. Such international agreements will be crucial in future as climate change alters fish stocks and their ranges. More.

5.2.3 A climate shift also occurred in the Bering Sea in 1977, bringing about an abrupt warming that favored a number of commercially fished species, such as herring, pollock and cod, and led to record catches of salmon in subsequent years.

In some areas, such as most of the North Atlantic, where only a relatively slight warming is expected, the total effect of climate change on fish stocks is likely to be less strong than the effects of fisheries management, at least for the next few decades. In the Bering Sea, however, the impacts of rapid climate change are already apparent, with a displacement or a decline of cold-water species brought about by the warming of bottom waters. While it seems unlikely that the effects of climate change on fisheries will have long-term social and economic impacts throughout the Arctic, particular people and places may be strongly affected. More.

5.2.4 In the past century, certain fishing towns, such as Paamiut in West Greenland, which concentrated on a single fishery resource, such as cod, have been particularly vulnerable when water temperature changes led to the decline of local fish populations. More.


خيارات الوصول

احصل على الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

جميع الأسعار أسعار صافي.
سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

احصل على وصول محدود أو كامل للمقالات على ReadCube.

جميع الأسعار أسعار صافي.


Managing global climate change -- and local conditions -- key to coral reefs' survival

Australian researchers recently reported a sharp decline in the abundance of coral along the Great Barrier Reef. Scientists are seeing similar declines in coral colonies throughout the world, including reefs off of Hawaii, the Florida Keys and in the Indo-Pacific region.

The widespread decline is fueled in part by climate-driven heat waves that are warming the world's oceans and leading to what's known as coral bleaching, the breakdown of the mutually beneficial relationship between corals and resident algae.

But other factors are contributing to the decline of coral reefs, as well, including pollution and overfishing.

According to a new study, "Local conditions magnify coral loss after marine heatwaves," published in the journal علم, what's key to coral reefs surviving climate-driven heatwaves and subsequent bleaching is managing global climate change -- and local conditions.

"We found a strong signal that local conditions influenced outcomes for corals after heat-stress events," said Mary Donovan, lead author of the study and assistant professor in the School of Geographical Sciences and Urban Planning at Arizona State University.

"Although some have argued that climate change is so overwhelming that conserving coral reefs on a local scale is futile, our study found that local impacts on coral reefs magnified the effects of climate-driven heatwaves," said Donovan. "This suggests that local action to conserve coral reefs can help reefs withstand the effects of climate change."

The importance of local conditions to reef survival is often dismissed, making those who rely on coral reefs for their livelihood or those who are stewards of the reefs feel hopeless. Yet, coral reefs are profoundly important.

"Coral reefs are important on a fundamental level for biodiversity," said Donovan, who is also a member of ASU's Center for Global Discovery and Conservation Science.

Two local issues that can have a large effect on the health of coral reefs are nutrient pollution and overfishing. Overfishing depletes the number of fish that eat algae and keep the reef's ecosystem in balance. For example, depleting the number of herbivorous fish can lead to an overabundance of macroalgae, which can indicate a stressed ecosystem.

Meanwhile, nutrient pollution from land, including run off from golf courses, agriculture and urban development along coastlines greatly threatens reefs.

However, both overfishing and pollution offer opportunities for management strategies that could boost coral reefs' resistance to climate change.

Study data were collected world-wide by professional scientists as well as trained and certified community-scientists on behalf of Reef Check. Only data collected during and within one year after a climate-driven bleaching event were analyzed to determine the health of the reef. Donovan is now applying this research to local efforts to address conditions that harm reefs.

"Coral reefs take up some of the smallest area on our planet, but harbor the most species of any ecosystem on Earth, and they're also incredibly important to people. People all over the world rely on reefs for food security, for coastal protection from storms, and for other livelihoods. In many parts of the world, it isn't only a question of beauty, but a question of survival."

The research was funded by the National Science Foundation and a grant from the Zegar Family Foundation.


A fiery past sheds new light on the future of global climate change

Centuries-old smoke particles preserved in the ice reveal a fiery past in the Southern Hemisphere and shed new light on the future impacts of global climate change, according to new research published in تقدم العلم.

"Up till now, the magnitude of past fire activity, and thus the amount of smoke in the preindustrial atmosphere, has not been well characterized," said Pengfei Liu, a former graduate student and postdoctoral fellow at the Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) and first author of the paper. "These results have importance for understanding the evolution of climate change from the 1750s until today, and for predicting future climate."

One of the biggest uncertainties when it comes to predicting the future impacts of climate change is how fast surface temperatures will rise in response to increases in greenhouse gases. Predicting these temperatures is complicated since it involves the calculation of competing warming and cooling effects in the atmosphere. Greenhouse gases trap heat and warm the planet's surface while aerosol particles in the atmosphere from volcanoes, fires and other combustion cool the planet by blocking sunlight or seeding cloud cover. Understanding how sensitive surface temperature is to each of these effects and how they interact is critical to predicting the future impact of climate change.

Many of today's climate models rely on past levels of greenhouse gasses and aerosols to validate their predictions for the future. But there's a problem: While pre-industrial levels of greenhouse gasses are well documented, the amount of smoke aerosols in the preindustrial atmosphere is not.

To model smoke in the pre-industrial Southern Hemisphere, the research team looked to Antarctica, where the ice trapped smoke particles emitted from fires in Australia, Africa and South America. Ice core scientists and co-authors of the study, Joseph McConnell and Nathan Chellman from the Desert Research Institute in Nevada, measured soot, a key component of smoke, deposited in an array of 14 ice cores from across the continent, many provided by international collaborators.

"Soot deposited in glacier ice directly reflects past atmospheric concentrations so well-dated ice cores provide the most reliable long-term records," said McConnell.

What they found was unexpected.

"While most studies have assumed less fire took place in the preindustrial era, the ice cores suggested a much fierier past, at least in the Southern Hemisphere," said Loretta Mickley, Senior Research Fellow in Chemistry-Climate Interactions at SEAS and senior author of the paper.

To account for these levels of smoke, the researchers ran computer simulations that account for both wildfires and the burning practices of indigenous people.

"The computer simulations of fire show that the atmosphere of the Southern Hemisphere could have been very smoky in the century before the Industrial Revolution. Soot concentrations in the atmosphere were up to four times greater than previous studies suggested. Most of this was caused by widespread and regular burning practiced by indigenous peoples in the pre-colonial period," said Jed Kaplan, Associate Professor at the University of Hong Kong and co-author of the study.

This result agrees with the ice core records that also show that soot was abundant before the start of the industrial era and has remained relatively constant through the 20th century. The modelling suggests that as land use changes decreased fire activity, emissions from industry increased.

What does this finding mean for future surface temperatures?

By underestimating the cooling effect of smoke particles in the pre-industrial world, climate models might have over-estimated the warming effect of carbon dioxide and other greenhouse gasses in order to account for the observed increases in surface temperatures.

"Climate scientists have known that the most recent generation of climate models have been over-estimating surface temperature sensitivity to greenhouse gasses, but we haven't known why or by how much," said Liu. "This research offers a possible explanation."

"Clearly the world is warming but the key question is how fast will it warm as greenhouse gas emissions continue to rise. This research allows us to refine our predictions moving forward," said Mickley.

The research was co-authored by Yang Li, Monica Arienzo, John Kodros, Jeffrey Pierce, Michael Sigl, Johannes Freitag, Robert Mulvaney and Mark Curran.

It was funded by the National Science Foundation's Geosciences Directorate under grants AGS-1702814 and 1702830, with additional support from 0538416, 0538427, and 0839093.


شاهد الفيديو: الوحدة الرابعة - الدرس الثاني - التغيرات المناخية #الثالثالثانويالأدبي (كانون الثاني 2023).