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기후 변화에 따른 산림 복원력 저하 신호

기후 변화에 따른 산림 복원력 저하 신호

기후 변화는 산림 복원에 문제를 일으키는 엄청난 문제입니다. 현대 시대에는 지구 온난화가 심각한 문제입니다. 온난화 문제는 곧 기후 변화에 영향을 끼칩니다. 복원돼야 하는 산림은 수없이 많습니다. 하지만 기후 변화로 인해 산림 복원에 빨간불이 들어왔습니다. 산림이 보내는 쇠태 초기 신호와 복원 동향, 생산성에 알아보겠습니다.

산림 생태계와 관련된 기후 변화

숲 생태계는 자연적, 인위적 섭동을 견뎌내고 회복할 수 있는 능력에 달려 있다. 나무 사망률이 갑자기 증가했다는 실험 증거는 숲 복원력의 변화에 대한 우려를 제기하고 있지만, 기후 변화에 대응하여 어떻게 진화하고 있는지에 대해서는 거의 알려져 있지 않다. 여기서 우리는 2000-2020년 동안 임계 속도 저하 지표로 정량화된 산림 복원력이 어떻게 변화했는지 보여주기 위해 인공위성 기반 식생 지수를 기계 학습과 통합한다. 우리는 열대, 건조 및 온대 숲이 아마도 증가된 물 제한 및 기후 변동성과 관련된 복원력의 상당한 감소를 경험하고 있음을 보여준다. 대조적으로, 한대 숲은 평균적인 회복력 증가 추세와 함께 다양한 국지적 패턴을 보이며, 아마도 기후 변화의 부정적인 영향을 능가할 수 있는 온난화와 CO2 수정의 혜택을 볼 것이다. 이러한 패턴은 관리된 숲과 온전한 숲 모두에서 일관되게 나타나 일반적인 대규모 기후 동인의 존재를 확증한다. 복원력 감소는 통계적으로 중요한 복원력 임계값으로 천천히 표류하는 것에 대한 반응으로 발생하는 산림 1차 생산성의 급격한 감소와 관련이 있다. 총 일차 생산성의 3.32 PgC에 해당하는 온전한 무교란 숲의 약 23%가 이미 임계치에 도달했으며 복원력이 더욱 저하되고 있다. 함께, 이러한 신호는 토지 기반 완화 및 적응 계획의 설계에서 설명되어야 하는 섭동을 견딜 수 있는 숲의 용량이 광범위하게 감소했음을 보여준다.

산림 복원력 동향 및 추진 요인

기관은 음에 전체 kNDVI 시계열에서 픽셀 수준에서 평균 TAC를 탐색했다. 숲과 기후의 상호작용을 통합함으로써, 이 신호는 식물 성장에 영향을 미치는 환경 동인과 섭동으로부터 회복할 수 있는 생태계의 능력의 상호작용으로 인한 숲, 기후 시스템의 둔화를 반영한다. 그런 다음 장기 TAC과 산림 및 기후 메트릭 세트 사이의 새로운 관계를 식별하기 위해 무작위 숲 회귀 모델이 개발되었다. 결과는 글로벌 포레스트가 지역 환경 조건에 의해 크게 설명되는 장기 TAC의 상당한 공간적 가변성으로 특징지어짐을 보여준다. 숲 시스템의 복원력 신호를 감지하고 변화하는 환경 조건에 대응하여 시간적 역학을 탐구하기 위해, 기관은 관찰 기간 동안 3년 롤링 윈도우가 있는 kNDVI에서 계산된 TAC의 시간적 진화를 분석했습니다. 이전에 개발된 숲 모델의 요인 시뮬레이션은 환경 요인의 기여를 분리하고 기후 동인의 TAC에서 비롯된 교란 신호를 필터링하기 위해 수행되었다. 이로 인해 연간 TAC의 시계열과 시간적 경향이 시간에 따른 산림 복원력의 변화를 감지하기 위한 CSD의 지표로 사용되었다. 결과는 열대, 온대 및 건조 지역에서 TAC가 광범위하고 유의하게 증가하여 회복력이 일시적으로 감소하는 것을 보여준다. 대조적으로, 한대 숲은 동부 캐나다와 유럽 러시아에서 발생하는 TAC의 감소와 현저한 관련이 있는 복원력의 평균 증가 추세와 함께 다양한 지역 패턴을 보여준다. 우리는 두 개의 독립적인 시간 창에 걸쳐 계산된 kNDVI의 평균 TAC를 비교함으로써 복원력의 시간적 변화를 추가로 탐구했다. 기관은 글로벌 규모에서 시간이 지남에 따라 통계적으로 유의한 증가를 발견했다. 그러나 글로벌 신호는 다른 기후 지역에 걸쳐 대조적인 패턴의 보상에 의해 제한된다. 사실, 열대, 건조, 온대 숲에서 통계적으로 유의미한 TAC 증가는 한대 숲에서 일어나는 반대 경향에 의해 부분적으로 상쇄된다. 두 독립적 10년의 비교에서 도출된 패턴은 TAC의 궤적과 일치하여 소견의 타당성을 확인하였다. 이러한 새로운 신호는 많은 세계 숲의 회복력에 대한 우려스러운 궤적을 시사한다. 신호는 단일 센서와 식생 지수를 기반으로 하기 때문에 특히 강력하다. 이는 다른 고전 지수에 비해 일차 생산성과 향상된 상관관계를 보이고 소음 및 안정성 문제를 감소시켰다. 광범위한 민감도 분석은 이러한 새로운 시간 이동의 견고성을 추가로 지원한다. TAC 동인의 한계 기여도를 살펴보면, CO2 수정과 기후 변화에 의해 추진되었을 것으로 추정되는 최근 수십 년 동안 발생한 광범위한 식생 녹화가 특히 춥고 온대 기후에서 전지구 복원력에 긍정적인 영향을 미쳤음을 발견했다. 그러나 특히 열대, 건조 및 온대 지역에서 심각한 수분 제한과 극단적인 기후 사건의 동시 강화는 배경 기후 및 기후 변동성의 변화로 인해 CO2 수정 및 녹화의 이점을 상쇄했다. 이는 극적으로 이러한 생물군에서의 산림 복원력의 순손실을 초래했다. 자연 교란에 대한 숲 취약성의 증가와 최근 수십 년 동안 아메리카 대부분 지역과 유럽에서 수목 사망률의 증가는 숲 복원력의 지속적인 감소에 대한 독립적인 증거를 제공한다. 위에서 언급한 기후 관련 압력은 한대 숲에서도 발생했지만, 그 심각성은 아마도 CO2 수정의 긍정적인 효과와 이 온도 제한 바이오메스의 대부분의 영역에서 더 따뜻한 기후와 관련된 이득을 보상할 수 없었을 것이다. 그러나 고위도에서 관찰된 패턴은 지구 온난화와 예상 현상학 사이의 상호작용으로 인해 예상되는 물 가용성의 감소에 대응하여 결국 바뀔 수 있다. 실제로 최근 관찰연구들은 지구촌 숲이 이산화탄소 비료의 긍정적 효과가 지배하던 시기에서 탄소 흡수원에 대한 비료의 긍정적 효과의 점진적 포화, 기후변화의 부정적 영향의 상승이 특징인 시기로 전환하고 있음을 시사한다.

내장 해성과 주요 생산성

산림 유형에 관계없이 산림 복원력의 변화는 상호 인과관계에 기초하여 총 일차 생산성의 변화를 촉발할 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 글로벌 탄소 순환에서 GPP의 역할을 고려할 때 이 두 변수 사이의 상호 작용을 이해하는 것은 중요하다. 우리는 연간 규모에서 위성 기반 GPP 검색과 TAC의 상관관계를 분석하고 GPP와 TAC의 추세를 비교함으로써 이를 탐구했다. 단기적으로, 온전한 숲은 관리된 숲보다 GPP와 TAC 사이의 상관관계가 낮다. 아마도 온전한 생태계에서 복원력이 평균적으로 더 높기 때문에 생산성에 덜 중요하기 때문일 것이다. 이러한 양방향 상호 작용은 건조하고 추운 기후에서 더 긴밀한 연계를 갖는 GPP와 TAC 사이의 음의 상관관계로 해석되며, 아마도 이러한 지역에서 양방향 상호 작용의 잠재적 증폭을 반영한다. 장기적으로 관리림 및 온전한 산림의 약 70%가 현재 GPP에서 긍정적인 추세를 보이고 있으나, 이러한 영역의 50%에서는 TAC에서 긍정적인 추세와 결합하여 이러한 현상이 발생하고 있다. 이는 산림 면적의 상당 부분이 일차 생산성을 높이는 동시에 복원력 저하를 경험하고 있으며, 따라서 확대되지만 더 취약한 산림 침하로 이어지고 있음을 시사한다. 수목 사망률 상승에 대한 광범위한 관찰과 증가하는 지상 탄소 흡수원에 대한 관찰은 지구적 변화에 대응하여 그러한 적대적인 과정의 공존을 확인시켜준다.

산림의 급격한 쇠퇴의 초기 신호

숲 복원력의 상실은 외부 섭동에 대한 민감도를 증가시키기 때문에, 기관은 TAC가 갑작스러운 숲 감소의 조기 경고 신호로 작동할 가능성을 탐구했다. 토지 관리의 영향을 배제하기 위해, 조사 영역의 약 97%를 포괄하는 열대 및 한대 지역에 초점을 맞춘 분석을 전역 온전한 숲으로 제한했다. 여기서 AD는 산림 생태계 상태의 갑작스러운 변화로 정의되며 시계열의 기준 방해받지 않은 평균에 대해 평균 성장 계절 kNDVI의 표준 편차의 1~6배의 음의 변칙으로 감지된다. 이 분석에서, 우리는 복원력의 감소 추세가 교란 유형에 관계없이 결과적으로 시스템의 갑작스러운 변화와 관련이 있는지 여부를 정량화한다. 전 지구적 수준에서 온전한 숲은 0.5보다 큰 TAC에 조건부 AD 확률을 갖는다. 이 신호는 통계적으로 유의하며 AD의 심각성에 따라 증가하는데, 이는 복원력의 감소로 추적되는 생태계 상태의 점진적인 악화가 산림 역학에서 부정적인 변칙의 급증에 기여했을 가능성이 있음을 시사한다. 새로운 관계는 주로 한대 숲, 특히 러시아 중부와 캐나다 서부의 숲에 의해 주도되며, 숲 복원력의 국지적인 감소가 나타난다. 이러한 패턴은 AD가 이러한 구역에서 임계 복원력 임계값으로 표류하고 있음을 나타낼 수 있으며, 이는 아마도 최북단 위도에서 발생하는 환경 동인의 변화에 의해 촉발될 것이다. 일반적으로 물 스트레스에 의해 선호되는 곤충 발생은 생태계 상태에서 궁극적으로 그러한 AD를 야기한 주요 교란 중 하나를 나타낼 수 있다. 반대로, 열대 숲의 AD는 통계적으로 높은 TAC 값과 관련이 없다. 이러한 지역에서 화재 또는 가뭄과 같은 빠르고 강력한 교란 사건은 CSD의 장기적인 증가 추세와 무관하게 AD를 유도할 수 있다. 위에서 언급한 가설은 또한 한대 및 열대지방에서 TAC의 지배적인 기후 동인과 일치하며, 몇 가지 독립적인 증거에 의해 추가로 뒷받침된다.