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Los bosques tropicales se acercan a umbrales críticos de temperatura

Mar 25, 2024Mar 25, 2024

Naturaleza (2023)Cita este artículo

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Detalles de métricas

La temperatura crítica más allá de la cual la maquinaria fotosintética en los árboles tropicales comienza a fallar promedia aproximadamente 46,7 °C (Tcrit)1. Sin embargo, aún no está claro si las temperaturas de las hojas experimentadas por la vegetación tropical se acercan a este umbral o pronto lo harán debido al cambio climático. Aquí encontramos que las temperaturas del dosel pantropical trianguladas independientemente a partir de termopares de hojas individuales, pirgeómetros y sensores remotos (ECOSTRESS) tienen temperaturas máximas al mediodía de aproximadamente 34 °C durante los períodos secos, con una larga cola de alta temperatura que puede exceder los 40 °C. Los datos de termopares foliares de múltiples sitios en los trópicos sugieren que incluso dentro de píxeles de temperaturas moderadas, las hojas superiores del dosel exceden el Tcrit el 0,01% del tiempo. Además, los experimentos de calentamiento de las hojas del dosel superior (+2, 3 y 4 °C en Brasil, Puerto Rico y Australia, respectivamente) aumentaron las temperaturas de las hojas de forma no lineal, con temperaturas máximas de las hojas que excedieron el Tcrit el 1,3% del tiempo (11% durante más de 20 años). 43,5 °C y 0,3% para más de 49,9 °C). Utilizando un modelo empírico que incorpora estas dinámicas (validado con datos de experimentos de calentamiento), encontramos que los bosques tropicales pueden soportar un aumento de hasta 3,9 ± 0,5 °C en la temperatura del aire antes de un posible punto de inflexión en la función metabólica, pero sigue habiendo incertidumbre en la plasticidad y El rango de Tcrit en árboles tropicales y el efecto de la muerte de las hojas sobre la muerte de los árboles podrían cambiar drásticamente esta predicción. La estimación de 4,0 °C está dentro del 'peor escenario' (vía de concentración representativa (RCP) 8,5) de las predicciones de cambio climático2 para los bosques tropicales y, por lo tanto, todavía está en nuestro poder decidir (por ejemplo, al no tomar la RCP 6,0). o ruta 8.5) el destino de estos reinos críticos de carbono, agua y biodiversidad3,4.

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Proporcionamos datos clave en la información complementaria. Los datos y el código para producir todas las figuras están disponibles en https://doi.org/10.5061/dryad.fqz612jx1. Los datos originales se proporcionan con este documento.

Los datos y el código para producir todas las figuras están disponibles en https://doi.org/10.5061/dryad.fqz612jx1.

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El apoyo fue proporcionado por la misión ECOSTRESS y las subvenciones de Oportunidades de Investigación en Ciencias Espaciales y Terrestres de la NASA números 80NSSC20K0216, 80NSSC19K0206 y 80NSSC21K0191. SF y EG reconocen la subvención NE/V008366/1 del Natural Environmental Research Council. KC reconoce la subvención DE160101484 del Consejo Australiano de Investigación.

Escuela de Informática, Computación y Sistemas Cibernéticos, Universidad del Norte de Arizona, Flagstaff, AZ, EE. UU.

Christopher E. Doughty, Jenna M. Keany y Benjamin C. Wiebe

Departamento de Ciencias Marinas, Terrestres y Atmosféricas, Universidad Estatal de Carolina del Norte, Raleigh, Carolina del Norte, EE.UU.

Camilo Rey-Sanchez

Facultad de Recursos Forestales y Ciencias Ambientales, Universidad Tecnológica de Michigan, Houghton, MI, EE. UU.

Kelsey Carter

División de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente, Laboratorio Nacional de Los Álamos, Los Álamos, Nuevo México, EE. UU.

Kelsey Carter

Centro de Ciencias del Medio Ambiente Tropical y la Sostenibilidad, Universidad James Cook, Cairns, Queensland, Australia

Kali B. Middleby y Alexander W. Cheesman

Departamento de Ciencias del Sistema Terrestre, Universidad de California, Irvine, CA, EE. UU.

Michael Goulden

Departamento de Ciencias Atmosféricas, Universidad de São Paulo, São Paulo, Brasil

Humberto R. da Rocha

Centro de Investigación de Ciencias Atmosféricas, Universidad Estatal de Nueva York en Albany, Albany, NY, EE. UU.

Scott Miller

Instituto de Cambio Ambiental, Escuela de Geografía y Medio Ambiente, Universidad de Oxford, Oxford, Reino Unido

Yadvinder Malhi & Imma Oliveras Menor

Facultad de Geografía, Ciencias de la Tierra y Medio Ambiente, Universidad de Plymouth, Plymouth, Reino Unido

Sofía Fauset

Universidad de Leeds, Leeds, Reino Unido

Emanuel Gloor

Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales, Balboa, Ancón, República de Panamá

Ranura Martijn

AMAP (Botánica y Modelización de la Arquitectura Vegetal y Vegetal), CIRAD, CNRS, INRA, IRD, Universidad de Montpellier, Montpellier, Francia

Imma Oliveras Menor

Universidad de Western Sydney, Instituto Hawkesbury para el Medio Ambiente, Penrith, Nueva Gales del Sur, Australia

Kristine Y. Crous

Schmid College of Science and Technology, Chapman University, Orange, CA, EE. UU.

Gregory R. Goldsmith y Joshua B. Fisher

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CED, GRG, IOM, YM y JBF diseñaron el estudio. CED y JMK analizaron los datos de teledetección. CED, MLG, HRdR, SDM, SF, EG, CR-S., MS, KRC, KYC, KBM y AWC recopilaron y analizaron los datos empíricos. CED creó el modelo. CED y BCW prepararon los datos y el código públicos. CED escribió el documento con contribuciones de GRG, KYC, JBF y OIM.

Correspondencia a Christopher E. Doughty.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature agradece a Ben Bond-Lamberty, David Schimel y los demás revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo. Los informes de los revisores pares están disponibles.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Regiones de bosques tropicales en A) Amazonía, B) África Central y C) Sudeste Asiático utilizadas para la recuperación de datos ECOSTRESS LST y SMAP. El área roja se utilizó para verificar ECOSTRESS LST con el pirgeómetro.

(A) Regresión lineal de la temperatura del dosel versus la humedad del suelo (40 cm de profundidad) en la torre de covarianza de remolinos del km 83 (r2 = 0,46, P = 7e-10, N = 62). (B) Regresión lineal de la temperatura del dosel en función de la temperatura del aire durante los períodos soleados durante la temporada húmeda (círculos verdes) y seca (círculos rojos) en la torre de covarianza de remolinos del km 83 en la región de Tapajos en Brasil. La línea roja muestra un ajuste lineal para la estación seca (r2 = 0,96, P = 3e-21, N = 29) y la línea inferior es una línea uno a uno. (C) Regresiones lineales de la temperatura del dosel en función del flujo de calor latente para períodos cálidos (>30 °C) (r2 = 0,50, P = 0,009, N = 11) en la torre de covarianza de remolinos del km 83 en la región de Tapajos en Brasil . (D) Regresión lineal (r2 = 0.75, P = 2e-5, N = 16) usando datos de la Fig. 1a comparando la estación seca de ECOSTRESS con los datos de la estación seca del pirgeómetro de Tapajós (Km 83).

Histogramas de las temperaturas del dosel como (arriba) períodos promedio de 30 minutos y (abajo) observaciones instantáneas de dos segundos, donde la carga total de energía de onda corta es >1000 W m-2, medida con un pirgeómetro orientado hacia abajo en la región de Tapajos en Brasil.

Mediciones de termopar de hojas tropicales en la parte superior del dosel para hojas normales (azul) y calentadas (rojas) para Brasil (+2 °C), Puerto Rico (+3 °C) y Australia (+4 °C). Los recuadros muestran la distribución de temperaturas de la cola larga y el texto registra la temperatura más alta de la hoja.

Mediciones de termopares de hojas tropicales en la parte superior del dosel para (arriba) Brasil km 67, (centro) Panamá y (abajo) el Bosque Atlántico en Brasil. Los recuadros muestran la distribución de temperaturas de la cola larga y el texto registra la temperatura más alta de la hoja. El nuevo muestreo supone un número similar de muestras (~N = 400) a 38 °C para ambos sitios y ajusta una curva para extrapolar la cola larga. El bosque atlántico es un bosque más frío (a ~1000 m) y la temperatura media del Amazonas es ~4 °C más alta que la del bosque atlántico.

Períodos en los que las hojas se calentaron >8 min durante el experimento de calentamiento de Tapajos para hojas individuales (líneas finas) y promediadas (línea roja gruesa). El texto de la figura indica el porcentaje de tiempo que las salidas excedieron el Tcrit durante más de 6 y 8 minutos.

Procedimiento para encontrar temperaturas máximas del dosel utilizando datos de ECOSTRESS para África central. (A) Histograma Log10 de temperaturas para (B) una región de África Central. Una curva diurna que muestra todos los datos de ECOSTRESS LST para África central versus (C) hora del día y (D) época del año. (E) Datos SMAP de humedad del suelo (m3 m-3) que muestran períodos de clima seco.

Procedimiento para encontrar temperaturas máximas del dosel utilizando datos de ECOSTRESS para el sudeste asiático. (A) Histograma Log10 de temperaturas para (B) una región de África Central. Una curva diurna que muestra todos los datos de ECOSTRESS LST para el sudeste asiático en comparación con (C) la hora del día y (D) la época del año. (E) Datos de humedad del suelo SMAP (m3 m-3) que muestran períodos de clima seco.

Mostramos la distribución espacial de los datos del LST para tres sensores (VIIRS, MODIS y ECOSTRESS) durante períodos de tiempo similares (del 18 al 28 de septiembre de 2019) para áreas similares en la cuenca del Amazonas. La diferencia entre la izquierda, el centro y la derecha son diferentes indicadores de calidad de datos para sin indicador (izquierda), QF g1 de la Tabla complementaria 1 (centro) y QF g2 (derecha). Utilizamos tres niveles de banderas de calidad (ECOSTRESS – G1 - 3522 y 3520, G2 =3520, VIIRS – G1 – 12001, 15841, 11745, 32225 y G2 = 32225, y MODIS – G1 - 0 y 65 y G2 -0) para la región representada en la Fig. 1a de datos ampliados durante el mismo período (del 18 de septiembre al 28 de septiembre de 2019). Los indicadores de calidad eran complejos con 136 para ECOSTRESS y 229 para VIIRS (pero sólo 8 para MODIS).

(arriba) Mostramos histogramas log10 de datos LST para tres sensores (VIIRS, MODIS y ECOSTRESS) para períodos de tiempo similares (18 al 28 de septiembre de 2019) para áreas similares en la cuenca del Amazonas. La diferencia entre la izquierda, el centro y la derecha son diferentes indicadores de calidad de datos para sin indicador (izquierda), QF g1 de la Tabla complementaria 1 (centro) y QF g2 (derecha). Utilizamos tres niveles de banderas de calidad (ECOSTRESS – G1 - 3522 y 3520, G2 =3520, VIIRS – G1 – 12001, 15841, 11745, 32225 y G2 = 32225, y MODIS – G1 - 0 y 65 y G2 -0) para la región representada en la Fig. 1a de datos ampliados durante el mismo período (del 18 de septiembre al 28 de septiembre de 2019). (abajo): una comparación escalada para el mismo conjunto de datos que muestra la resolución mucho mayor de ECOSTRESS versus VIIRS y MODIS LST.

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Doughty, CE, Keany, JM, Wiebe, BC y col. Los bosques tropicales se están acercando a umbrales de temperatura críticos. Naturaleza (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06391-z

Descargar cita

Recibido: 31 de agosto de 2021

Aceptado: 30 de junio de 2023

Publicado: 23 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06391-z

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