Zazielenianie Sahary: zmiany w przeszłości i przyszłe implikacje / Francesco S.R. Pausata, Marco Gaetani, Gabriele Messori, Alexis Berg, Danielle Maia de Souza, Rowan F. Sage, and Peter B. deMenocal

Przez
Piotr Kotlarz
-
0
51
Sahara (Algieria). From Wikimedia Commons, the free media repository.
W przyszłości Sahara i regiony Sahelian mogą doświadczyć większej ilości opadów niż obecnie w wyniku zmian klimatycznych. Bardziej wilgotne okresy, zwane afrykańskimi okresami wilgotnymi, występowały w przeszłości i były świadkami mezosferycznego krajobrazu w miejsce dzisiejszego hiper-suchego i pół-suchego środowiska. Tak duże zmiany w przeszłości rodzą pytanie, czy najbliższa przyszłość może przynieść podobne transformacje środowiskowe, szczególnie w świetle rosnących zmian klimatu, użytkowania gruntów i pokrycia terenu spowodowanych przez człowieka. W ostatnich dziesięcioleciach zaproponowano inicjatywy geoinżynieryjne (w formie aktywnych projektów ponownego zazieleniania Sahary i Sahelu), które mogą mieć znaczący wpływ na klimat regionu. W tym miejscu dokonujemy syntezy literatury na temat przeszłych i przewidywanych zmian w hydroklimacie regionu Sahelian-Sahary oraz związanych z nimi sprzężeń zwrotnych. Odnosimy się również do obecnego stanu wiedzy na temat projektów zalesiania Sahary i Sahelu oraz ich konsekwencji. Nasz przegląd podkreśla znaczenie roślinności w procesach sprzężenia zwrotnego ziemia-atmosfera-ocean oraz dalekosiężne skutki zmian ekosystemu Afryki Północnej.

Przetłumaczono z DeepL.com (wersja darmowa)

1-s2.0-S2590332220301007-main

Tekst główny

Wstęp

Surowa i hiperpustynna Sahara w północnej Afryce jest największą gorącą pustynią na Ziemi. Pustynia Sahara zawdzięcza swoje istnienie szczególnemu połączeniu regionalnej geografii kontynentalnej i cyrkulacji atmosferycznej. W ostatnich dekadach coraz częściej dostrzegano aktywną rolę, jaką Sahara odgrywa w systemie klimatycznym: zmiany klimatu Sahary, poza lokalnymi skutkami, są również sprzężone ze zmianami regionalnej cyrkulacji atmosferycznej (tj. monsunem zachodnioafrykańskim [WAM]) i mogą mieć odległe skutki dla odległych regionów, takich jak równikowy Pacyfik lub Arktyka. W szczególności Pustynia Sahara jest obecnie największym źródłem unoszącego się w powietrzu pyłu mineralnego na Ziemi. Pył mineralny jest najliczniejszym składnikiem aerozolu atmosferycznego i przyczynia się do ponad połowy całkowitego globalnego obciążenia masą aerozolu. 1 , 2 Dlatego zmiany jego ładunku i transportu w atmosferze mogą znacząco przyczyniać się do zmienności klimatu poprzez zmianę docierającego promieniowania słonecznego, właściwości chmur, 3 cyrkulacji atmosferycznej i oceanicznej — ostatecznie wpływając na opady deszczu i rozwój burz 4 — oraz lokalną i odległą temperaturę ( Rysunek 1 ). Emisje pyłu mineralnego z Sahary są bardzo wrażliwe na zmiany regionalnego hydroklimatu i powierzchni lądu. Na przykład, wilgotniejsze warunki i większa roślinność zazwyczaj zmniejszają emisję pyłu, podczas gdy w przypadku suchszych warunków i zmniejszonej pokrywy roślinnej dzieje się odwrotnie. Zmiany w hydroklimacie Sahary i powierzchni lądu mają zatem szereg lokalnych i globalnych oddziaływań, podkreślając znaczenie prawidłowego prognozowania ich przyszłych zmian. Takie przyszłe zmiany mogą być związane z naturalną zmiennością klimatu, antropogeniczną zmianą klimatu lub inicjatywami geoinżynierii w formie aktywnych projektów ponownego zazieleniania.

Rysunek 1. Schematyczna ilustracja systemu monsunowego Afryki Zachodniej i połączeń telekomunikacyjnych

Ilustracja przedstawiająca składniki (kółka), które mogą wpływać na intensywność opadów deszczu podczas monsunu zachodnioafrykańskiego, przy jego potencjalnym oddziaływaniu w odległych rejonach (niebieskie strzałki).
Warunki hydroklimatyczne północnej tropikalnej i subtropikalnej Afryki, aż do Sahelu na południowym krańcu Sahary, są w głównej mierze regulowane przez WAM. WAM reguluje roczną ilość opadów i klimatyczne wzorce opadów, które w dłuższej perspektywie wpływają na cechy powierzchni lądu, określają rodzaj roślinności, która może przetrwać w regionie, i modulują emisje pyłu mineralnego. W najszerszym ujęciu monsun jest wytwarzany przez kontrast termodynamiczny między lądem (tj. Afryką Zachodnią i Saharą) a oceanem (tj. tropikalnym Atlantykiem) w połączeniu ze wzmocnieniem cyrkulacji tropikalnej podczas borealnej wiosny i lata. 5 To powoduje sezonowe odwrócenie regionalnych wiatrów klimatycznych, znane jako monsun, który przynosi wilgoć i opady w głąb lądu. 6 W rezultacie regionalny hydroklimat charakteryzuje się stromym, podłużnie jednolitym gradientem południkowym między wilgotnym wybrzeżem Gwinei a półpustynnym Sahelem, tuż na południe od Sahary. Ten wzór odzwierciedla podobny gradient w zasobach wodnych i roślinności.
Siła monsunu wykazuje duże wahania w zakresie skali czasowej od międzyrocznej do dekadowej i dłuższej. Na przykład susza w Sahelu w latach 70. i 80. XX wieku jest jedną z najpoważniejszych anomalii klimatycznych na świecie w XX wieku . 7 Straszne skutki tej suszy dla lokalnych populacji skłoniły do ​​badań naukowych ukierunkowanych na zrozumienie czynników napędzających historyczną zmienność WAM. Wczesne badania wskazywały na rolę zmian albedo spowodowanych przez zmiany pokrycia terenu spowodowane przez człowieka i pustynnienie. Otterman 8 i Charney 9 zaproponowali, że mniej zarośnięta powierzchnia z wyższym albedo zwiększa utratę promieniowania, a w konsekwencji osiadanie powietrza na dużą skalę nad regionem Sahelu, tłumiąc opady konwekcyjne. Liczne badania podkreśliły później kluczową rolę wahań temperatur powierzchni morza (SST) w różnych basenach oceanicznych w napędzaniu międzyrocznej i dekadowej zmienności opadów WAM (patrz Rodríguez-Fonseca et al. 10 dla niedawnego przeglądu). Na tym obrazie zmienność powierzchni lądu (taka jak wahania wilgotności gleby, 11 , 12 roślinności, 8 , 13 , 14 , 15 , 16 i emisji pyłu 17 , 18 , 19 ) działa w celu generowania regionalnych sprzężeń zwrotnych klimatu, które są istotnymi składnikami zmienności WAM. Archiwa paleoklimatyczne podkreślają jeszcze bardziej dramatyczne wahania WAM w bardziej odległej przeszłości. 200–300 lat temu przedłużająca się susza spowodowała, że ​​poziom wody w jeziorze Bosumtwi w Ghanie spadł prawie czterokrotnie bardziej niż podczas suszy w latach 70. i 80. XX wieku. 20
Pomimo intensywnego użytkowania ziemi przez człowieka, Sahel zazieleniał się w ostatnich dekadach, ponieważ opady odbudowały się po okresie suszy w latach 70. i 80. XX wieku. To, czy roślinność rozprzestrzeni się dalej na Sahelu i Saharze, zależy częściowo od złożonej interakcji między roślinnością, klimatem i zmianami środowiskowymi. Pomimo dużych niepewności modelowania, najnowocześniejsze prognozy modeli klimatycznych dostarczają pewnego wsparcia dla idei wzmocnienia WAM w przyszłości, 21 biorąc pod uwagę, że zwiększone ocieplenie obszarów pozazwrotnikowych półkuli północnej sprzyja silniejszemu monsunowi, umożliwiając tym samym ekspansję roślinności. 22 Istotnym czynnikiem wykraczającym poza zmiany opadów jest wzrost dwutlenku węgla w atmosferze (CO2 ) : podwyższone stężenia CO2 z nieograniczonych emisji antropogenicznych mogłyby, w sytuacjach ograniczonych zasobów wodnych, bezpośrednio sprzyjać wzrostowi roślinności i przyczyniać się do zazieleniania krajobrazów suchych i półsuchych. W scenariuszu „wysokiej emisji” (tj. przy założeniu, że wszystko będzie szło jak zwykle), pod koniec stulecia poziom CO2 osiągnie wartości ostatnio widziane 50 milionów lat temu (BP; >1000 ppm), co oznacza okres ocieplenia klimatu i zieloną północną tropikalną Afrykę. 23 , 24
Oprócz możliwych zmian roślinności wywołanych klimatem, w ostatnich latach zaproponowano i obecnie wdrażane są szeroko zakrojone projekty zalesiania lub aktywnego ponownego zazieleniania Sahelu lub Sahary. 25 Jednym z celów jest aktywne geoinżynieryjne kształtowanie klimatu regionalnego w kierunku wilgotniejszych warunków. 26 , 27 , 28 Takie projekty podnoszą kluczowe pytania dotyczące sprzężeń zwrotnych klimatycznych wynikających ze zmian powierzchni lądu oraz tego, czy te sprzężenia zwrotne mogą oddziaływać na trwające zmiany klimatyczne, wpływając na przyszłe zachowanie WAM, a także na klimat w odległych miejscach.
Badanie przeszłej zmienności klimatu w północnej Afryce jest kluczowym narzędziem do lepszego zrozumienia potencjalnego przyszłego zazielenienia Sahelu lub Sahary oraz jego klimatycznych i środowiskowych implikacji. Pustynia Sahara rzeczywiście okresowo doświadczała okresów wilgotnych, często nazywanych afrykańskimi okresami wilgotnymi (AHP), z bardziej zalesionym krajobrazem, sięgającym co najmniej późnego miocenu 29 , 30 , 31 , 32 , 33 (∼10 milionów lat temu). Najnowszy AHP, holoceński AHP, pochodzi z wczesnego i środkowego holocenu (odpowiednio EH i MH; 12 000–5000 lat temu). Rozpoczynając się około 15 000 lat temu i osiągając szczyt między 9000 a 6000 lat temu, zwiększone borealne letnie promieniowanie słoneczne wywołało wzmocnienie WAM. Bardziej intensywne opady deszczu latem doprowadziły do ​​powiększenia się północnych jezior i terenów podmokłych Afryki, a także do rozszerzenia się roślinności Sahelu na obszary, które obecnie są pustynią, dając początek tzw. „Zielonej Saharze”. 34 , 35 , 36 Te ekosystemy podtrzymywały życie zwierząt i osady ludzkie łowców-zbieraczy, co jest dobrze udokumentowane dowodami archeologicznymi, takimi jak malowidła naskalne. 37 , 38 AHP były początkowo wyzwalane przez zmiany wymuszania radiacyjnego w wyniku powolnych zmian parametrów orbitalnych Ziemi, ale jeśli chodzi o suszę Sahelu w latach 70. i 80. XX wieku, uważa się, że szereg odległych i regionalnych procesów przyczynił się do utrzymania i wzmocnienia anomalii reżimu opadów. Procesy te obejmują wyżej wymienione sprzężenia zwrotne powierzchni lądu związane ze zmianami albedo i emisjami pyłu w wyniku zwiększonej roślinności w Sahelu i Saharze; 39 , 40 , 41 , 42 , 43 , 44 , 45 , 46 , 47 , jednakże miały one znacznie większą skalę niż te, które wystąpiły podczas ostatnich susz. Ponadto, inne sprzężenia zwrotne, takie jak te związane z obecnością licznych jezior i terenów podmokłych48 oraz zmiany temperatury oceanu41 , 49 , 50 , 51 również najprawdopodobniej się do tego przyczyniły.
Duże zmiany w przeszłości WAM, takie jak te w okresie AHP, podnoszą kwestię, czy obecne antropogeniczne globalne ocieplenie mogłoby mieć potencjalnie znaczący wpływ na WAM. Chociaż natura i wielkość wymuszania radiacyjnego były inne w okresie AHP niż obecnie (tj. zmiana zewnętrzna [wzmocnione letnie promieniowanie słoneczne] w porównaniu ze zmianą wewnętrzną [zwiększone stężenie gazów cieplarnianych (GHG)]), fakt, że AHP miały miejsce w globalnie cieplejszym klimacie niż w okresie przedindustrialnym, zachęca do spekulacji. Północna tropikalna Afryka wydaje się być również znacznie bardziej wilgotna i bardziej porośnięta roślinnością w pliocenie — ciepłym okresie, który miał miejsce około 3 milionów lat temu i jest czasami uważany za możliwy analog przyszłego ciepłego klimatu — niż jest obecnie. 33
W tym przeglądzie badamy przyczyny zazielenienia Sahary, integrując perspektywy klimatu, roślinności i ich sprzężeń zwrotnych oraz omawiając implikacje dla społeczeństwa ludzkiego. Najpierw przeglądamy to, czego dowiedzieliśmy się z poprzednich epizodów zazielenienia Sahary pod względem regionalnych i globalnych czynników klimatycznych, sprzężeń zwrotnych i skutków. Następnie omawiamy najnowsze trendy i bieżące prognozy modeli dotyczące opadów i roślinności w regionie oraz przeglądamy literaturę na temat potencjalnych powiązanych sprzężeń zwrotnych. Na koniec rozważamy możliwe przyszłe plany geoinżynierii obejmujące ponowne zazielenienie Sahary.

Zmiany w roślinności Sahary w przeszłości

Zmiany parametrów orbitalnych Ziemi ( rysunek 2A ) wyznaczały tempo rozwoju hydroklimatu północnej Afryki, co najmniej od późnego miocenu (tj. ∼10 milionów lat temu), poprzez ich wpływ na borealne letnie promieniowanie słoneczne i cyrkulację monsunową. W tej sekcji dokonujemy przeglądu obecnego stanu wiedzy na temat AHP, najpierw z archiwów paleoklimatycznych, a następnie z perspektywy modelowania klimatu. Omawiamy również potencjalny wpływ wczesnej działalności człowieka na lokalne i regionalne ekosystemy, takie jak pasterstwo , w zakończeniu ostatniego AHP około 5000 lat temu. Na koniec przedstawiamy wpływ silniejszego WAM na odległe regiony klimatyczne , takie jak równikowy Pacyfik, Azja Wschodnia i Arktyka.

Rysunek 2. Cykle precesyjne Ziemi i okresy wilgotne w Afryce

(A) Szereg czasowy cyklu precesji Ziemi 52 (czerwony) i radiacyjnego wymuszania zmian CO2 53 (czarny). Strzałki wskazują wpływ zmian wartości precesji na letnie nasłonecznienie półkuli północnej (NH) .
(B) Dane paleoklimatyczne oparte na stosunku baru do glinu w miejscu Ocean Drilling Program 968 we wschodniej części Morza Śródziemnego, 29 które jest wskaźnikiem okresów wilgotnego (Zielona Sahara) i suchego (Pustynna Sahara) w północnej Afryce w ciągu ostatnich 230 000 lat. Zielona i niebieska linia oznaczają odpowiednio datę rozpoczęcia i zakończenia sapropelu każdego okresu Zielonej Sahary w ciągu ostatnich dwóch cykli lodowcowych. Strzałki wskazują kierunki w stronę Sahary porośniętej roślinnością (zielona) i pustynnej (żółta).
Adaptacja z Brierley et al. 54

Afrykańskie okresy wilgotne

Hydroklimat północnej Afryki charakteryzuje się naprzemiennym występowaniem przedłużających się susz i okresów wilgotnych z obfitymi opadami deszczu29 , 30 , 31 , 32 ( ryc. 2 B). Okresy wilgotne wiązały się z nasileniem WAM, wywołanym przez zwiększone letnie promieniowanie słoneczne na półkuli północnej.38 , 55 Okresowe zmiany reżimów opadów w północnej Afryce wielokrotnie prowadziły do ​​ekspansji terenów trawiastych i zaroślowych na obszary, które obecnie są pustyniami31 , 56 , 57 , 58 ( ryc . 3 ), dając początek tak zwanej „Zielonej Saharze” lub AHP. Larrasoaña i in.31 zidentyfikowali 230 AHP w ciągu ostatnich 8 milionów lat.

Rycina 3. Roślinność i opady deszczu w obecnym klimacie i w ciągu dwóch ostatnich okresów wilgotnej Afryki
(A) Rozkład szerokości geograficznej współczesnych pasów roślinności (MED – śródziemnomorski i subśródziemnomorski; DES – pustynia; GBT – trawiaste tereny, busz i zarośla; WOO – tereny leśne; FMT – mozaiki i strefy przejściowe lasów; FOR – las deszczowy) zgodnie z modelem White’a 59 oraz średnimi rocznymi opadami (MAP) i typem reżimu klimatycznego 60 , 61 rzutowanymi na przekrój wzdłuż wschodniej Sahary (ciemna linia NS).
(B i C) Szacowany i zrekonstruowany rozkład szerokości geograficznej MAP rzutowany na przekrój wzdłuż wschodniej Sahary (po lewej) oraz widok mapy zrekonstruowanych elementów MAP, roślinności i fizjografii (po prawej) dla holoceńskiego okresu wilgotnej Afryki (AHP) 62 , 63 (B, 6000–10 000 lat temu) i dla eemskiego AHP 62 , 64 , 65 (C, 122 000–128 000 lat temu).
Na podstawie Larrasoaña i in. 31
AHP miały ważne implikacje dla ewolucji i wzorców migracji wczesnych ludzi. Niektóre AHP, takie jak ten podczas ostatniego interglacjału (Eemian AHP, 128 000–122 000 lat p.n.e.), doświadczyły wzrostu opadów w północnej Afryce i na Półwyspie Arabskim, wystarczającego do ustanowienia ciągłego „korytarza roślinnego” przez dzisiejszy hiperpustynny region Sahary 34 , 35 , 36 , 62 , 64 (patrz także rysunek 3 ). Takie korytarze zostały zaproponowane jako prawdopodobne trasy migracji na północ dla archaicznych i anatomicznie współczesnych ludzi z Afryki. 31 , 64 , 66 , 67
Rekonstrukcja paleoklimatyczna ostatniego AHP
Najnowsze AHP miało miejsce w okresie EH i MH (11 000–5000 lat p.n.e.). Chociaż prawdopodobnie nie było tak wilgotne jak eemskie AHP 29 , 31 , 34 , 35 , 68 ( rysunki 3 B i 3C), holoceńskie AHP jest jednym z najdokładniej udokumentowanych i najlepiej datowanych wydarzeń związanych ze zmianą klimatu w zapisie geologicznym, ponieważ liczne i różnorodne zapisy paleoklimatyczne obejmują ten okres. 58 , 60 , 69 , 70 , 71 , 72 Pomimo obszernej literatury na ten temat, intensywność opadów nad Saharą, granica północnego rozszerzenia WAM oraz tempo powstawania i wycofywania tego najnowszego AHP są nadal gorąco dyskutowane zarówno z perspektywy danych zastępczych, jak i modelowania. 58
Archiwa paleoklimatyczne potwierdzają szeroki zakres szacunków opadów monsunowych podczas holoceńskiej AHP nad Saharą, regionem, który obecnie doświadcza mniej niż 100–150 mm opadów rocznie ( rycina 3 A). Z jednej strony, zapisy pyłków i dowody paleo-jeziorne w regionach Sahary i Sahelu wskazują na intensyfikację nie większą niż 400–500 mm/rok w stosunku do opadów w okresie nowożytnym ( rycina 3 B; patrz również Harrison i in. 73 ). Ostatnie analizy pyłków sugerują, że roślinność tropikalna przesunęła się na północ o około 6°–9° szerokości geograficznej w stosunku do jej współczesnego położenia ( rycina 3 ; patrz również Larrasoaña i in. 31 oraz Hély i in. 57 ). Roślinność na szerokości około 25°N–28°N była zdominowana przez łąki (elementy sahelskie), podczas gdy między 20°N a 25°N współwystępowały łąki i zarośla, a najbardziej wysunięte na północ miejsce pasa deszczów tropikalnych znajdowało się najprawdopodobniej między 15°N a 20°N. 31 , 57 Na poparcie takiej zmiany roślinności i intensywności opadów , paleo-jeziora rozciągały się co najmniej do 28°N, 56 a znaczne opady deszczu (roczne opady około 200–250 mm) mogły sięgać północnej części dzisiejszej Sahary na szerokości około 30°N 31 , 74 , 75 ( Rysunek 3 B). Z drugiej strony, szacunki z izotopów wosku liściowego (δD wax ) w osadach morskich u wybrzeży północno-zachodniej Afryki dostarczają wyższych wartości, wahających się od 700 mm/rok76 do 1000–1500 mm/rok w bardziej północnych miejscach (19°N–31°N) .58 Jednak wysokie szacunki dotyczące opadów są wysoce niepewne (przynajmniej ±50%): regresja δD wax -precipitation jest logarytmiczna, a zatem niepewność wzrasta w okresach wilgotnych. Rozbieżność między różnymi szacunkami może wynikać z tych niepewności lub odzwierciedlać rzeczywiste różnice regionalne i lokalne oraz gradienty szerokości geograficznej . Rzeczywiście, afrykański krajobraz prezentuje silną heterogeniczność przestrzenną, która daje początek dużej liczbie mikroklimatów , które mogą częściowo wyjaśniać takie różnice w rekonstrukcjach paleoklimatycznych.77
Niezależnie od tego, z archiwalnych danych klimatycznych jasno wynika, że ​​w przeszłości Sahara była o wiele bardziej wilgotniejsza i zielona niż jest obecnie, biorąc pod uwagę fakt, że region ten jest obecnie gorący, suchy i w dużej mierze pozbawiony wód powierzchniowych, a na jego terenie znajdowały się jeziora o długim okresie istnienia.

Nagłe i stopniowe przejście do i z ostatniego AHP

Drugi obszar dyskusji naukowej dotyczy czasu trwania przejścia do i z holoceńskiego AHP. Pierwsze dyskusje dotyczące zakończenia AHP sięgają 1849 r., kiedy pruski przyrodnik i odkrywca Alexander von Humboldt zasugerował, że zakończenie AHP musiało być nagłe, ponieważ uważał, że nie byłoby możliwe przekształcenie rozległych obszarów afrykańskich równin w „morze piasku” bez wystąpienia poważnego zdarzenia naturalnego. 78 Obecne badania dostarczają bardziej zniuansowanego spojrzenia na dynamikę holoceńskiego AHP. Na przykład pył i wosk liściowy w niektórych zapisach osadów morskich z północno-zachodniej Afryki (19°N–31°N) oraz północno-wschodniej i wschodniej Afryki 58 , 71 , 79 , 80 , 81 (12°N–5°S) sugerują, że zarówno początek, jak i zakończenie holoceńskiego AHP były nagłe. Szczegółowe analizy danych z osadów jeziornych i morskich dokumentują, że szybkie reakcje paleohydrologiczne na stopniowe wymuszanie orbitalne monsunowe wystąpiły w ciągu jednego do dwóch stuleci. 71 , 80 , 82 , 83 , 84 Nagłe, stuleciowe przejścia AHP zaobserwowano w rzeczywistych danych dotyczących poziomu jeziora i linii brzegowej z jeziora Turkana w Kenii 83 (3,5°N). Podobnie, niedawna kompilacja danych dotyczących pyłków z lasów równikowych w Afryce dokumentuje nagły upadek i fragmentację gęstych lasów tropikalnych wiecznie zielonych w ciągu kilku stuleci: na przykład w Bambili w Kamerunie (6°N) odsetek drzew spadł o 40% w ciągu niecałych 300 lat po 3000 lat BP. 85 W ramach niepewności datowania te zrekonstruowane przejścia hydroklimatyczne są o rząd wielkości szybsze niż samo pierwotne wymuszanie orbitalne .
Jednakże takie nagłe zmiany nie były obserwowane wszędzie, ani nie były synchroniczne na całym subkontynencie. Inne morskie zapisy wosku liściowego u wybrzeży północno-zachodniej Afryki (15,5°N) wskazują na stopniowy spadek opadów w ciągu kilku tysiącleci w trakcie holoceńskiej fazy zakończenia AHP. 86 Podobnie rekonstrukcja opadów z jeziora Bosumtwi w Ghanie (6,5°N) na podstawie wosku liściowego sugeruje spadek intensywności opadów, który powoli następował po zmniejszeniu się letniego promieniowania słonecznego, choć z lokalnie nagłymi zdarzeniami. 74 Zapisy pyłkowe oraz sedymentologiczne, mineralogiczne i geochemiczne z jeziora Yoa 70 , 87 (19°N) oraz pyłkowe, okrzemkowe i geochemia osadów z krateru jeziora Tilla 88 (10°N) również wskazują, że deszcze AHP zanikały powoli, przez tysiąclecia, a nie stulecia, między 5000 a 2000 lat p.n.e. Jezioro Yoa wyraźnie wskazuje na fakt, że bardziej stopniowe przejście na skalę tysiąclecia można powiązać z akumulacją pyłku pochodzącego z rozległego obszaru zlewni, obejmującego przemiany kwiatowe (pyłkowe) związane z reakcją krajobrazu na zmiany paleohydrologiczne. 56 Collins i in. 89 sugerują, że poprzez połączenie zapisów wosku δD i zasolenia z Zatoki Gwinejskiej szybkie wysuszenie na końcu AHP było bardziej widoczne w regionie Sahelu i Sahary niż w południowym Kamerunie.
Połączenie tych obserwacji sugeruje, że przyszłe zmiany opadów były lokalnie nagłe, ale regionalnie transgresywne w czasie. Ta różnica między zmianami opadów w skali lokalnej i regionalnej może być również związana z dużą heterogenicznością afrykańskiego krajobrazu. Ostatnio opublikowane74 , 90 i dobrze datowane dane paleohydrologiczne, obejmujące większą część północno-zachodniego marginesu Afryki między 0° a 30°N, pokazują, że koniec holoceńskiego AHP, którego centrum znajdowało się około 5000 lat temu, postępował z północy na południe ( Rysunek 4 ) i ściśle odpowiadał temu, czego można by oczekiwać od wymuszenia orbitalnego.91 Oznacza to, że deszcze monsunowe zmniejszyły się najpierw na północy, a następnie stopniowo później wraz ze zmniejszającą się szerokością geograficzną.

Rycina 4. Ewolucja monsunu zachodnioafrykańskiego w okresie wilgotnej Afryki w holocenie
Skalibrowane wieki końca holoceńskiego AHP z kompilacji północnoafrykańskich zapisów paleoklimatycznych 74 są pokazane szarymi kółkami. Średni wiek zakończenia AHP i zakresy jednosigma dla zakończenia AHP zostały obliczone dla przedziałów szerokości geograficznej 5° (czerwone symbole z paskami błędów). Zapisy o najwyższej rozdzielczości są oznaczone czarnymi kwadratami (jezioro Bosumtwi na 6,5°N i rdzenie osadów u wybrzeży Mauretanii na 20°N). Oczekiwane zakończenie AHP związane z wymuszaniem orbitalnym (gradient letniego nasłonecznienia NH) jest zaznaczone zieloną linią od Kutzbach i Guetter. 91

Czy działalność człowieka miała wpływ na zakończenie działalności ostatniego AHP?

Wpływ działalności człowieka na lokalne i regionalne ekosystemy mógł znacząco przyczynić się do ukształtowania zakończenia holoceńskiego AHP. Nadal jednak istnieją niepewności co do możliwych pozytywnych lub negatywnych skutków działalności, takich jak pasterstwo i intensyfikacja upraw, na lokalną heterogeniczność ekologiczną i stabilność podczas MH. Z jednej strony, na podstawie dowodów zoogeomorfologicznych, Zerboni i Nicoll92 argumentowali, że działalność hodowlana, wspierana przez szybki wzrost populacji, 93 mogła nasilić pustynnienie północnej Afryki w końcowych etapach AHP. Popierają argument przedstawiony przez Wrighta94,  że wypas wywołany przez człowieka przyczynił się do mniej heterogenicznej pokrywy roślinnej, co doprowadziło do zmiany reżimu, a zatem drastycznej zmiany w kierunku stanu suchego. Nadal jednak nie jest jasne, w jakim stopniu ślady geologiczne ocenione w tym badaniu, takie jak erozja gleby , mogły być spowodowane przez czynniki naturalne, a nie przez praktyki nadmiernego wypasu wywołane przez człowieka.95 Z drugiej strony, Brierley i in. 54 wykazał za pomocą zestawu uproszczonych eksperymentów modelowych, że pasterstwo mogło sprzyjać lokalnej różnorodności ekologicznej i opóźnić załamanie ekologiczne odpowiadające zakończeniu holoceńskiej ery pasterskiej.
Założenia dotyczące tego, jak wypas może wpływać na regionalną i lokalną roślinność, należy oceniać ostrożnie, ponieważ zależą one od wielu czynników (np. odporności ekosystemu , presji wypasu , sezonowej zmienności opadów i powiązanej roślinności) i nie można ich uogólniać na większe obszary geograficzne . 96 Rzeczywiście, obecność roślinożerców z selektywnym zachowaniem wypasu może zwiększyć różnorodność roślin i poprawić funkcjonalność ekosystemu poprzez promowanie zmniejszonej konkurencyjności między gatunkami. W przypadku nadmiernego wypasu, oczekuje się zamiast tego zmniejszenia różnorodności gatunków z powodu usunięcia pokrywy trawiastej, zakłócenia struktur siedliskowych i wkraczania na ich teren.
W badaniu dokumentującym przedindustrialny kontekst rolnictwa i degradacji ziemi w północno-zachodniej Afryce, Mulitza i in. 97 przedstawili 3200-letni zapis osadów morskich o osadzaniu się pyłu w obrębie stanowiska rdzeniowego w pobliżu 17°N od Senegalu. Zapis ten pokazuje nagły początek i gwałtowny wzrost osiadania pyłu po 1800 r. (n.e.), co zbiegło się ze zmianami w praktykach rolniczych w regionie, w szczególności z pojawieniem się komercyjnej uprawy kukurydzy, prosa i orzeszków ziemnych. W latach 60. wartości strumienia pyłu były pięć razy większe niż przedindustrialny poziom bazowy z ostatnich trzech tysiącleci, co dokumentuje związek między osuszaniem w tym regionie a agresywnym wypasaniem i zmianami w użytkowaniu gruntów rolnych.
Ograniczona wiedza na temat odporności ekologicznej, populacji ludzkiej, wielkości stada i praktyk rolniczych w okresie MH, a co za tym idzie, wpływu na lokalne i regionalne procesy ekologiczne, utrudnia wyciągnięcie wiarygodnych wniosków na temat roli człowieka — o ile w ogóle jakaś była — w końcowych etapach ostatniego AHP.

Symulacje modelu klimatycznego ostatniego AHP

Chociaż powstawanie i zanikanie elektrowni wiatrowych jest silnie skorelowane ze zmianami parametrów orbitalnych Ziemi, symulacje modeli klimatycznych sugerują, że same zmiany promieniowania słonecznego nie są w stanie wyjaśnić powszechnego wzrostu opadów i pokrywy roślinnej, które je charakteryzują. 98 , 99 Stąd też inne sprzężenia zwrotne w systemie klimatycznym muszą odgrywać kluczową rolę w nasilaniu zmian opadów deszczu w północnej Afryce wywołanych ruchem orbitalnym.
Podczas EH i MH, w wyniku zazielenienia Sahary, panowały znacznie niższe wartości albedo niż obecnie, i przypuszczalnie były one zbliżone do wartości reprezentatywnych dla dzisiejszej środkowej Afryki (tj. ∼0,2). Na przykład kilka obszarów na Saharze, gdzie obecnie wartości albedo sięgają 0,5, było kiedyś pokryte jeziorem Mega Czad. 100 Przełomowe badanie Kutzbacha i in. 43 wykazało, że sprzężenia zwrotne roślinności i powierzchni lądu najprawdopodobniej przyczyniły się do wzmocnienia WAM podczas MH. Rzeczywiście, zmniejszone albedo powierzchni spowodowane roślinnością uruchomiło dodatnią pętlę sprzężenia zwrotnego opadów. Od tego czasu wiele badań modelowych wykorzystujących interaktywną i określoną roślinność potwierdziło to kluczowe sprzężenie zwrotne. 39 , 40 , 41 , 47 , 99 , 101 , 102 Zmiany w pokryciu powierzchni lądu nie tylko zmieniają ilość promieniowania pochłanianego przez powierzchnię, ale również wpływają na parowanie powierzchniowe . Poprzez zwiększoną transpirację, bardziej rozległa lub gęstsza pokrywa roślinności przyczynia się do zwiększenia przepływu pary wodnej między lądem a atmosferą oraz utajonego ogrzewania atmosfery, zwiększając w ten sposób ilość opadów dla danej zmiany promieniowania słonecznego. Ponadto obecność licznych jezior i terenów podmokłych działała również jako lokalne źródło wilgoci, co mogło znacząco przyczynić się do rozszerzenia się WAM w kierunku północnym. 48 Jednak te źródła pary wodnej, chociaż ważne dla dalszego zintensyfikowania WAM, miały mniejszy wpływ niż sprzężenie zwrotne albedo pokrywy roślinności podczas AHP. 103 , 104
Interakcje atmosfera-ocean to kolejne ważne sprzężenie zwrotne, które może wzmacniać zmiany w WAM wywołane orbitalnie. 41 , 49 , 50 , 51 Modele klimatyczne pokazują, że opóźnienie w reakcji temperatury powierzchni morza (w stosunku do reakcji lądu) na zmiany promieniowania słonecznego MH wzmacnia kontrast temperatury lądu i morza, a tym samym nasila WAM.
Nawet przy uwzględnieniu sprzężeń zwrotnych lądowych i oceanicznych, symulacje modeli nie są w stanie dopasować się do paleo-rekonstrukcji biomów MH. Nawet symulacje modeli z interaktywną roślinnością systematycznie wykazują niższe pokrycie roślinnością, 102 co sugeruje, że szczegółowe zrozumienie sprzężeń zwrotnych powierzchni (w tym procesów glebowych) jest nadal nieuchwytne. Hargreaves i in. 105 wykazali, że ograniczone umiejętności modelowania nie są funkcją rozdzielczości, z jaką przeprowadzane są porównania danych z modelem, argumentując, że wyjaśnienie tych rozbieżności musi leżeć w niedociągnięciach wspólnych dla wszystkich modeli. Skupiając się konkretnie na modelach powierzchnia-ląd, Hopcroft i in. 106 wskazali zarówno na niedociągnięcia tych modeli w odtwarzaniu zależności klimatycznej roślinności w regionach półpustynnych , jak i potencjalnie powiązane niedociągnięcia globalnych modeli klimatycznych w odtwarzaniu silnej intensyfikacji monsunowej.
Niedawno w badaniach modelowania zidentyfikowano nowe mechanizmy dynamiczne leżące u podstaw monsunowej intensyfikacji AHP, co częściowo wyjaśnia duże odchylenia w poprzednich symulacjach. Pausata i in. 44 zidentyfikowali redukcję stężeń pyłu w powietrzu w warunkach Zielonej Sahary jako kluczową dla zrozumienia odchylenia modeli od suchości podczas symulacji MH. Pausata i in. 44 uwzględniają jednak tylko bezpośredni efekt radiacyjny redukcji pyłu nad Saharą, który przyczynia się do wzrostu opadów o ∼30% w stosunku do wzrostu spowodowanego samym sprzężeniem zwrotnym roślinności ( Rysunek 5 ). Redukcja pyłu pod porośniętą roślinnością Saharą zwiększa przychodzące promieniowanie krótkofalowe na powierzchni, co prowadzi do silnego ocieplenia nad Saharą w miesiącach poprzedzających monsun. Prowadzi to do dalszego wzmocnienia regionalnego kontrastu ląd-morze i cyrkulacji tropikalnej, co skutkuje intensyfikacją WAM. 44 , 45 Ponadto, łączone działanie pokrywy roślinnej i redukcji pyłu na parowanie i transpirację prowadzi do wzrostu frakcji opadów poddanych recyklingowi z 5% do ponad 20% na Saharze. 46 Duży udział lokalnych sprzężeń zwrotnych w całkowitej zmianie opadów potwierdza hipotezę nagłego zakończenia holoceńskiego AHP, co wymaga nieliniowych odpowiedzi na wymuszanie orbitalne. 71 , 107 , 108 Podobnie, wykorzystując sprzężony model aerozolu i klimatu, Egerer i in. 109 wykazali, że uwzględnienie zarówno sprzężeń zwrotnych roślinności, jak i pyłu prowadzi do lepszego dopasowania symulacji modelu do danych z archiwów paleoklimatycznych z północno-zachodniego marginesu Afryki. W szczególności wykazali szybki wzrost symulowanego osadzania pyłu między 6000 a 4000 lat temu, co w dużej mierze zgadza się z nagłą zmianą stwierdzoną w zapisach osadów morskich.

Rysunek 5. Zmiany opadów monsunowych w Afryce Zachodniej w zakresie wyłącznie orbity oraz roślinności i wymuszania pyłu
Zmiany w opadach letnich (czerwiec, lipiec, sierpień i wrzesień [JJAS]) (PRECT, mm/dzień) między eksperymentami MH PMIP (A; tylko zmiany orbitalne w połowie holocenu) i MH GS+RD (B; zmiany orbitalne w połowie holocenu plus Zielona Sahara i zredukowany pył) a symulacją przedindustrialną (PI). Linie poziome oznaczają maksymalny zasięg północny monsunu zachodnioafrykańskiego (WAM) dla każdego eksperymentu (linie ciągłe dla PI i linie przerywane dla eksperymentów MH).
Inne niedawne badania koncentrowały się konkretnie na roli aerozoli w napędzaniu holoceńskiego AHP. Wykorzystując sprzężony model atmosferyczno-chemiczny, Thompson i in. 110 zbadali zarówno bezpośrednie, jak i pośrednie efekty radiacyjne pyłu i wykazali, że wkład około 15%–20% do całkowitego wzrostu opadów. Wreszcie, poprzez zestaw eksperymentów czułości przeprowadzonych z globalnym modelem klimatu atmosfery, Hopcroft i Valdes 111 podkreślili zależność wzmocnienia pyłu i opadów od właściwości optycznych pyłu i wielkości cząstek przy zmianach opadów w zakresie od −20% do +50%. Jednak w obu badaniach nie uwzględniono sprzężenia zwrotnego SST, a oddziaływania pył-chmura nie zostały uwzględnione 111 lub uwzględnione tylko w przypadku chmur warstwowych . 110 Oddziaływania pył-chmura mogą odgrywać ważną rolę w regionie Sahary, jak sugerują silne zmiany opadów symulowane dla zidealizowanego niskiego i wysokiego stężenia pyłu przez Sagoo i Storelvmo. 112 Tak więc modele klimatyczne odtwarzają intensyfikację MH WAM, ale jest ona zazwyczaj znacznie słabsza niż to, co sugerują paleo-rekonstrukcje. Niedociągnięcia w symulacji sprzężeń zwrotnych pyłu i ich wzajemnego oddziaływania z innymi składnikami systemu klimatycznego (np. roślinnością i oceanem) mogłyby wyjaśnić znaczną część tej rozbieżności, a dodatkowe badania z bardziej wyrafinowanymi schematami pyłu są potrzebne, aby lepiej ocenić ten aspekt.

Dalekosiężne skutki zmian WAM

Ostatnie prace modelowe wykazały, że zmiany klimatyczne związane z regionalną pokrywą roślinną i emisjami pyłu z Sahary nie ograniczają się do północnej Afryki i mogą wpływać na globalny klimat od tropików 113 , 114 , 115 , 116 do Arktyki. 117 W szczególności poprzednie badania modelowe dotyczące aktywności El Niño-Oscylacji Południowej (ENSO) w MH ignorowały modyfikacje w roślinności i warunkach zapylenia północnej Afryki i symulowały redukcję zmienności ENSO o około 10% w wyniku samych zmian wymuszenia orbitalnego. 118 , 119 , 120 , 121 Pausata i in. 113 wykazali, że uwzględnienie porośniętej roślinnością i mniej zakurzonej Sahary ponad dwukrotnie zwiększa symulowany spadek zmienności ENSO wywołany wyłącznie przez wymuszenie orbitalne MH w odniesieniu do klimatu przedindustrialnego ( rysunki 6 A i 6B ). Jest to w lepszej zgodzie z kilkoma archiwami paleoklimatycznymi sugerującymi stłumioną aktywność ENSO o 30%–60% podczas holoceńskiego AHP. 122 , 123 , 124 , 125 , 126 , 127 Pausata i in. 113 wskazali zmiany w WAM jako kluczowy czynnik zmieniający cyrkulację Walkera poprzez zmiany w równikowych temperaturach powierzchni Atlantyku i, w konsekwencji, zachowanie ENSO. Zmiany w cyrkulacji Walkera wywołane przez intensyfikację WAM powodują również przesunięcie w kierunku zachodnim wzorca gęstości cyklonu tropikalnego . 114 Ponadto, podczas gdy poprzednie badania modelowania sugerowały zmniejszenie aktywności cyklonów tropikalnych na półkuli północnej pomimo silniejszego letniego promieniowania słonecznego i cieplejszych temperatur powierzchni oceanu niż w klimacie przedindustrialnym, 128 , 129 globalny wzrost aktywności cyklonów tropikalnych jest symulowany, gdy uwzględni się sprzężenia zwrotne związane z porośniętą roślinnością Saharą i zmniejszeniem stężenia pyłu114 ( rysunki 6 C i 6D). Takie zmiany w cyrkulacji tropikalnej na dużą skalę wpływają również na monsun azjatycki i cały system monsunów lądowych NH.115 , 116 Wreszcie Muschitiello i in.117 wykazali , że pustynnienie Sahary pod koniec holoceńskiego AHP mogło wzmocnić szybką zmianę w kierunku ochłodzenia odnotowaną w kilku rekonstrukcjach na wysokich szerokościach geograficznych północy około 5500–5000 lat temu, 117 , 130 , 131 , 132 , 133sugerując, że te regiony są wrażliwe na zmiany w pokryciu lądu Sahary. Jednak Collins i in. 89 zaproponowali, że szybkie ochłodzenie na dużych szerokościach geograficznych mogło zamiast tego wywołać lub wzmocnić nagłe zmiany opadów w północnej Afryce. Tak czy inaczej, badania te sugerują, że wzajemne oddziaływanie między tymi dwoma regionami mogło przyczynić się do zachowania punktu krytycznego.

Rysunek 6. Daleki wpływ zmian monsunów w Afryce Zachodniej
(A i B) Schematyczne przedstawienie mechanizmów stojących za zmianami zmienności ENSO i stanu średniego w symulacji MH GS+RD w odniesieniu do symulacji PI. (A) Zmiany siły WAM i położenia strefy konwergencji międzyzwrotnikowej latem (lipiec, sierpień, wrzesień i październik [JASO]) wyzwalają reakcję atlantyckiego Niño (1) i tłumią jej zmienność (2). Te warunki nad równikowym Atlantykiem przesuwają cyrkulację Walkera w kierunku zachodnim, wymuszając przepływ rozbieżny w centralnym Pacyfiku (3). Ten przepływ chłodzi zachodni Pacyfik i ogrzewa wschodni Pacyfik, co prowadzi do spłycenia termokliny na zachodzie i pogłębienia na wschodzie (4) (wstawka profilu pionowego). Pogłębienie termokliny i osłabienie wypiętrzenia na wschodnim Pacyfiku w okresie rozwoju El Niño zmniejszają siłę sprzężenia zwrotnego Bjerknesa (4). (B) Anomalie termokliny w centralnym Pacyfiku przemieszczają się na wschód, aby dotrzeć do wschodniego Pacyfiku w zimie, sprzyjając klimatologicznemu stanowi średniego La Niña w zimie (5). Adaptacja z Pausata et al. 113
(C i D) Zmiany gęstości śladów pomiędzy eksperymentami MH PMIP (C; tylko zmiany orbitalne w połowie holocenu) i MH GS+RD (D; zmiany orbitalne w połowie holocenu plus Zielona Sahara i zmniejszony pył) a symulacją przedindustrialną (PI). Nad Atlantykiem anomalie gęstości śladów są skalowane o współczynnik 10 z powodu dużego niedoszacowania modelu cyklonów w regionie. Zacieniowane są tylko wartości, które są istotnie różne na poziomie 5%, jak ustalono na podstawie lokalnego (punkt siatki) testu t. Kontury podążają za przedziałami pasków kolorów (ciągłe dla anomalii dodatnich i przerywane dla anomalii ujemnych; linia zerowa jest pomijana). Adaptacja z Pausata et al. 114
Ogólnie rzecz biorąc, kilka badań modelowania podkreśla rolę roślinności Sahary i redukcję stężenia pyłu jako czynników wzmacniających ekspansję WAM w kierunku północnym i powiązane telepołączenia . Towarzyszące przejścia obserwowane poza północną Afryką — takie jak ochłodzenie Arktyki, zmiany w aktywności ENSO i osłabienie azjatyckiego systemu monsunowego, 134 , 135 , 136 , 137 , 138 , 139 , 140 , które miały miejsce około 5500 i 5000 lat temu — mogą być powiązane z zanikaniem WAM.

Ostatnie i przyszłe zmiany w hydroklimacie i roślinności Afryki Północnej

W ostatnich dekadach region Sahelu, na południe od Sahary, doświadczył znacznego podmoknięcia i ponownego zazielenienia po suchych dekadach lat 70. i 80. XX wieku. Jednak los opadów deszczu w tym regionie w najbliższej przyszłości pozostaje otwartym pytaniem z powodu zarówno trwających zmian klimatycznych, jak i możliwej ingerencji człowieka poprzez geoinżynierię. W tej sekcji przedstawiamy najnowsze badania badające zmiany opadów deszczu w ciągu ostatnich dekad, przyszłe prognozy klimatyczne i powiązane zmiany roślinności. Omawiamy również główne ograniczenia naszej obecnej wiedzy na ten temat. Na koniec podsumowujemy obecną wiedzę na temat wpływu potencjalnej przyszłej geoinżynierii powierzchni lądu w północnej Afryce.

Ostatnie zmiany opadów deszczu

W ciągu XX wieku opady monsunowe w Sahelu charakteryzowały się dużymi wahaniami dekadowymi. W szczególności, po dekadach lat 50. i 60., w których było więcej opadów niż przeciętnie (w porównaniu ze średnią XX wieku), nastąpiły poważne susze w latach 70. i 80., co stanowi odwrócenie, które jest jedną z najpoważniejszych anomalii opadów na świecie w tym stuleciu. 7 Od połowy lat 80. opady monsunowe w Sahelu powoli powracały do ​​średnich poziomów z XX wieku, przy czym środkowo-wschodni Sahel odzyskiwał siły szybciej niż zachodni Sahel. 141 , 142
Modele klimatyczne wymuszone przez historyczne wzorce temperatur powierzchni morza sugerują, że amplituda i trwałość dekadowych wahań monsunowych są silnie modulowane przez zmienność oceaniczną i wzmacniane przez zmiany powierzchni lądu. 10 , 16 , 143 Jak wspomniano we Wprowadzeniu i przeszłych zmianach roślinności Sahary , początkowo uważano, że te ostatnie kontrolują opady poprzez zmiany albedo powierzchni i stabilności atmosfery, tak że niższa pokrywa roślinności sprzyjała wyższemu albedo i stabilności, a tym samym zmniejszeniu opadów. 9 Jednak zmiany albedo na dużą skalę były ograniczone podczas suszy Sahelu w latach 70. i 80. XX wieku, a nowsze badania podkreśliły zmiany w przepływie wilgoci powierzchniowej jako kluczową ścieżkę sprzężenia zwrotnego powierzchni w tym okresie. 144 , 145 Eksperymenty wielomodelowe rzeczywiście sugerują, że zmniejszona pokrywa roślinności w Afryce Zachodniej podczas suszy Sahelu w XX wieku przyczyniła się do 40% zmniejszenia opadów w porównaniu z latami 50. XX wieku, głównie poprzez zmniejszenie parowania i konwergencji wilgoci. 145 , 146
Rola zewnętrznego wymuszania radiacyjnego w napędzaniu zmienności klimatu w dekadowych skalach czasowych pozostaje tematem badań. W okresie historycznym ocieplenie wywołane przez gazy cieplarniane, wraz ze zwiększonymi stężeniami aerozoli antropogenicznych, 147 mogło promować ogólny wzór temperatury powierzchni morza szkodliwy dla opadów deszczu w Sahelu (tj. ocieplenie tropików i brak ocieplenia północnego Atlantyku 148 ). Odnowienie opadów deszczu w Sahelu od połowy lat 80. XX wieku jest zgodne z niższymi emisjami aerozoli w krajach zachodnich i w konsekwencji ociepleniem północnego Atlantyku niż w poprzednich dekadach. 149 , 150 , 151 , 152 , 153 Inne badania wskazują na bezpośredni wpływ wzbogacenia gazami cieplarnianymi na temperatury atmosferyczne 154 lub na rolę ocieplenia Morza Śródziemnego 155 w zwiększaniu opadów deszczu w Sahelu w ostatnich dekadach. Jednak inne badania wskazują, że większe ocieplenie Sahary niż średniej światowej powoduje wzmocnienie niżu cieplnego Sahary – termicznego układu niskiego ciśnienia – który z kolei wzmacnia wielkoskalowy, południkowy gradient ciśnienia powodujący monsun. 156
Dowody uzyskane z modeli klimatycznych wskazują zatem na znaczącą rolę czynników antropogenicznych w kontrolowaniu zmienności opadów monsunowych w XX wieku oraz na to, że zmienność naturalna wyjaśnia zmiany w krótszych skalach czasowych.

Przyszłe prognozy opadów deszczu

Przestrzenne i czasowe charakterystyki niedawnego odnowienia opadów są zgodne z przyszłymi projekcjami klimatycznymi. Należą do nich dipol podłużny (ze zwiększonymi opadami w centralnym i wschodnim Sahelu i zmniejszonymi opadami w zachodnim Sahelu) oraz opóźnienie w sezonowym cyklu monsunu. 157 Takie podobieństwa motywują pewien stopień zaufania do projekcji modeli wilgotniejszego Sahelu. Rzeczywiście, projekcje CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) wskazują średnio na wilgotniejsze warunki w przyszłym Sahelu ( Rysunek 7 ), co jest sygnałem bardziej solidnym niż wcześniejsze ćwiczenia wielomodelowe. 21 , 153 Wzmocnione ocieplenie pozatropików półkuli północnej w porównaniu z tropikami wydaje się być głównym czynnikiem sprzyjającym silniejszemu monsunowi w tych projekcjach. 22 Towarzyszy temu symulowany wzrost roślinności ( Rysunek 7 B). Jednakże stosunkowo niewiele badań zbadało rolę sprzężeń zwrotnych powierzchni na niedawne odrodzenie opadów w Sahelu i prognozowane przyszłe wzrosty opadów. Badania modelowania porównujące interaktywne i określone symulacje roślinności wykazały, że dynamika roślinności dodatkowo zwiększa przyszłe zmiany opadów w Afryce Zachodniej; 158 jednak zmiany roślinności (i opadów) w tych badaniach pozostają niewielkie i zlokalizowane. Badania skupiające się na większych, bardziej wyidealizowanych zmianach roślinności wykazały, że mogą one mieć nieliniowe skutki, prowadząc do wilgotniejszej i bardziej wegetacyjnej równowagi niż obecna równowaga, gdy roślinność rozprzestrzeni się poza pewną szerokość geograficzną. 159

Rysunek 7. Przyszłe prognozowane zmiany w opadach deszczu, roślinności i emisjach pyłu w Afryce Północnej
(A) Średnia zmiana wielomodelowa CMIP5 w opadach w czerwcu-lipcu-sierpniu (PRECT, mm/dzień) między średnią z lat 1951–2005 (z symulacji historycznych) a średnią z lat 2071–2100 (z symulacji RCP8.5) nad północną Afryką na podstawie 40 modeli. Niebieskie linie konturowe wskazują klimatologię lat 1951–2005 z tych modeli. Krzyżyki wskazują, gdzie ponad trzy czwarte modeli zgadza się co do znaku prognozowanej zmiany.
(B) Tak samo jak (A), ale dla wskaźnika powierzchni liści (LAI, bez jednostek) z 27 modeli, dla których dostępne były symulacje LAI.
(C) Projekcja optycznej głębokości pyłu saharyjskiego na XXI wiek w scenariuszu RCP8.5 oszacowana na podstawie drugiego trybu zmienności 10-metrowego wiatru nad północną Afryką, symulowanego przez 34 modele CMIP5 (szczegóły w Evan et al. 152 ). Szary pas to zakres interkwartylowy, czarna linia to średnia wielomodelowa, a czerwona linia to trend liniowy. Dane są dostępne na stronie https://www.nature.com/articles/nature17149 .
Innym słabo zbadanym sprzężeniem zwrotnym klimatu w kontekście przyszłych projekcji WAM jest to związane ze zmianami w obciążeniu pyłem i jego dynamicznymi i termodynamicznymi wpływami. Niestety, tylko podzbiór modeli CMIP5 obejmuje w pełni interaktywne schematy roślinności i emisji pyłu potrzebne do prawidłowego zbadania tych procesów. Analizując 16 modeli CMIP5, które charakteryzują się interaktywnymi emisjami pyłu, Evan i in. 152 odkryli, że większość symuluje wzrost stężeń pyłu w Afryce w XXI wieku . Pu i Ginoux 160 rozróżnili źródła pyłu z Sahelu i Sahary w siedmiu projekcjach CMIP5 i stwierdzili, że podczas gdy emisje ze źródeł Sahelu są obciążone dużą niepewnością, w XXI wieku symulowany jest silny wzrost ze źródeł Sahary . Jednak wiarygodność tych projekcji jest wątpliwa ze względu na systematyczne niedoszacowanie obserwowanej emisji pyłu, transportu i głębokości optycznej w symulacjach historycznych, spotęgowane przez słabą reprezentację ich zmienności czasowej. 161 Przyszłe szacunki zmian pyłu oparte na modelowanych zmianach wiatru sugerują spadek pyłu w północnej Afryce w XXI wieku 152 ( Rysunek 7 C). To z kolei może zapewnić dodatnie sprzężenie zwrotne dla opadów, którego modele CMIP5 nie są w stanie uchwycić.
Chociaż pojawia się ogólny konsensus, że zmiany klimatu w XXI wieku doprowadzą do dalszego wzmocnienia monsunu — choć nie w stopniu szacowanym na potrzeby AHP — musimy dokładniej zbadać sprzężenia zwrotne między lądem, atmosferą i oceanem, aby opracować wiarygodne scenariusze przyszłych zmian opadów.

Ostatnie i prognozowane zmiany roślinności

Wraz ze wzrostem opadów, roślinność w Sahelu odradza się po dramatycznych skutkach suszy w latach 70. i 80. XX wieku. 162 To „ponowne zazielenienie” jest widoczne zarówno w teledetekcji, jak i obserwacjach na poziomie gruntu. 163 Chociaż ten wzrost roślinności jest w dużej mierze zgodny z większymi opadami deszczu, heterogeniczność lokalnych trendów roślinności odzwierciedla inne czynniki, takie jak zmiany w użytkowaniu gruntów lub niewielkie wahania klimatyczne. 164
Ponieważ modele klimatyczne generalnie symulują obfitsze opady w Sahelu w przyszłości, a stężenie CO2 w atmosferze nadal rośnie, w regionie prawdopodobnie będzie kontynuowany dalszy wzrost roślinności. Rosnące stężenie CO2 w atmosferze stymuluje fotosyntezę i wywołuje częściowe zamykanie aparatów szparkowych roślin, co jest szczególnie istotne w kontekście terenów suchych . 165 Zmniejszona apertura aparatów szparkowych zmniejsza transpirację, umożliwiając większą produktywność przy danym zasobach wody. 166 Ponadto przyszłe podwyższone stężenia CO2 zwiększyłyby również ilość flory drzewiastej w stosunku do flory trawiastej. Może to skutkować zmianą dominującej pokrywy roślinnej z formacji zdominowanych przez otwarte trawy na lasy o zamkniętym baldachimie lub formacje krzewów kserotermicznych w zależności od opadów deszczu. 167 , 168
Chociaż wyższe stężenia CO2 działają jak nawóz, związane z tym ocieplenie klimatu prowadzi do zwiększonego stresu w wyniku częstszego występowania ekstremalnych temperatur, wysychania gleby i niższej wilgotności względnej. Większe zapotrzebowanie na parowanie częściowo zniwelowałoby korzyści z dodatkowej wilgoci i potencjalnie ograniczyłoby stopień zazielenienia, chociaż efekt ten mógłby zostać złagodzony przez zmniejszenie otworu szparkowego przy wyższym stężeniu CO2 w atmosferze . 166 , 169 , 170 Jest to szczególnie problematyczne dla północnej Afryki, ponieważ wzrostowi opadów będzie towarzyszyło znaczne ocieplenie środowiska, które już doświadcza ekstremów termicznych zbliżających się do progów żywotności wielu gatunków roślinności. 171 Obecnie szczytowe temperatury w ciągu dnia w północnym Sahelu osiągają 45°C, ale mogą przekroczyć 50°C — co jest szkodliwe nawet dla roślin pustynnych 172 , 173 — w najbardziej ekstremalnym scenariuszu stężenia gazów cieplarnianych (ścieżka reprezentatywnego stężenia wysokiej emisji 8.5 [RCP8.5]) przyjętym przez Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu. Paradoksalnie, jeśli otwór szparkowy i związane z nim chłodzenie transpiracyjne ulegną zmniejszeniu, podwyższony poziom CO2 może zwiększyć ryzyko stresu cieplnego. 174 Rozmnażanie roślin jest jeszcze bardziej wrażliwe na ciepło; większość gatunków wykazuje oznaki niepłodności rozrodczej powyżej 36°C. 175
Komponenty powierzchni lądu modeli klimatycznych różnią się znacznie pod względem złożoności, tak że wiele z nich obejmuje obecnie najnowocześniejsze modele roślinności i ekosystemów. Jednak nawet takie modele często nie uwzględniają fizjologicznych lub ekologicznych reakcji roślin w wystarczającym stopniu, aby uwzględnić wyżej wymienione efekty. Na przykład modele powierzchni lądu uwzględniające reakcje roślinności często biorą pod uwagę jedynie to, w jaki sposób fenologia i produktywność roślinności reagują na zmiany klimatu, nie uwzględniając zmian w rozmieszczeniu przestrzennym typów roślinności spowodowanych klimatem. Jednak, jak wspomniano powyżej, typy roślinności prawdopodobnie zmieniają się przestrzennie w odpowiedzi na czynniki klimatyczne i środowiskowe. Wykazano, że nawet modele ekosystemów, które obejmują dynamiczny rozkład roślinności, niedoszacowują zmian w pokrywie roślinnej sugerowanych przez paleo-zapis w holoceńskim AHP, biorąc pod uwagę, że takie modele często wymagają większych opadów deszczu, aby utrzymać pokrywę roślinną podobną do AHP, niż większość szacunków zastępczych AHP. 102 , 106 Z drugiej strony, modele roślinności i ekosystemów osadzone w modelach systemów ziemskich mogą również niedoszacować niektórych fizjologicznych skutków cieplejszego klimatu na roślinność. 176 Dlatego modele klimatyczne mogą również niedoszacować przyszłych zmian roślinności.
Projekcje modelowe dotyczące roślinności należy zatem traktować z ostrożnością. Ogólna reakcja roślinności w regionie na zmiany klimatu i stężenia CO2 pozostaje kwestią otwartą.

Przyszłe użytkowanie gruntów i geoinżynieria powierzchni lądu

Oprócz zmian roślinności wywołanych czynnikami klimatycznymi , przyszła pokrywa roślinności w północnej Afryce będzie również zależna od użytkowania gruntów. Z jednej strony, poprawa klimatu i pokrywy roślinności w przyszłości mogłaby rozszerzyć obszary sprzyjające pasterstwu poza obecny Sahel. Chociaż taka ekspansja zapewniłaby nowe możliwości dla lokalnej populacji, mogłaby również częściowo zniwelować wszelkie trendy zazieleniania. Rzeczywiście, nawet przy podwyższonym stężeniu CO2 i wzmocnionym monsunie, region ten pozostałby półpustynny z natury i tym samym podatny na degradację krajobrazu w wyniku nadmiernego wypasu, co obecnie ma miejsce w półpustynnych krajobrazach na całym świecie. 177 , 178 Z drugiej strony, ludzie mogliby próbować aktywnie zarządzać krajobrazem w celu zwiększenia produktywności roślinności (np. poprzez nawadnianie, nawożenie mineralne i zakładanie pól uprawnych lub zarządzanych lasów). Te zmiany mogłyby dodatkowo poprawić warunki klimatyczne i środowiskowe, wykorzystując w szczególności pozytywne sprzężenia zwrotne ziemia-atmosfera. 179 Ta ostatnia idea stanowi podstawę wielu projektów geoinżynieryjnych wykorzystujących powierzchnię lądu, które omawiamy poniżej.
Ponieważ region subsaharyjski często doświadczał suszy w przeszłości, zaproponowano szereg inicjatyw mających na celu zwiększenie opadów w regionie poprzez zmianę lokalnych warunków powierzchniowych. Pod koniec XIX wieku francuski inżynier François Elie Roudaire zaproponował wprowadzenie wody morskiej na Saharę poprzez słone jeziora (Chotts) w pobliżu granicy z Tunezją. Pomysł polegał na złagodzeniu suchości klimatu poprzez zwiększone parowanie, a tym samym na zalesieniu regionu. Jednak po wstępnej akceptacji rząd francuski wycofał swoje poparcie z powodu trudności technicznych, a także silnej krytyki naukowej, ekonomicznej i politycznej. W 1938 roku zaproponowano pas leśny między Saharą a Sahelem w celu zapobiegania przemieszczaniu się piasku na południe, osłabianiu harmattanu (suchego północno-wschodniego pasatu, który przeważa w regionie zimą) i sprzyjaniu zatrzymywaniu wilgoci w glebie. 180 Jednak plan ten nie był uważany za realistyczny do lat 70., ponieważ wcześniej większość naukowców uważała, że ​​zalesianie w regionach suchych nie będzie miało znaczącego wpływu na lokalny klimat. 181 Od lat 80. zwalczanie pustynnienia poprzez zalesianie jest praktykowane w Afryce na skalę lokalną, 182 ale dopiero niedawno nawadnianie i zalesianie zostały wdrożone w krajach Afryki Subsaharyjskiej na większą skalę, 183 , 184 w szczególności poprzez rozwój panafrykańskiego programu z silnym naciskiem na ponowne zalesianie, zwanego „Wielkim Zielonym Murem” ( https://www.greatgreenwall.org ). Takie ostatnie inicjatywy zostały również zaproponowane jako metoda inżynierii klimatu z myślą o sekwestracji znacznej ilości atmosferycznego CO2 , zatrzymaniu potencjalnej ekspansji pustyni i/lub zapewnieniu bezpieczeństwa żywnościowego i miejsc pracy w krajach Afryki Północnej.
Ostatnio społeczność naukowa zaczęła szczegółowo dyskutować wykonalność i skuteczność zalesiania Sahelu i sąsiednich regionów. Wczesne eksperymenty modelowania badające wpływ zalesiania subsaharyjskiego wykazały regionalnie zwiększone opady i że największe zmiany w stosunku do scenariusza bez zalesiania miały miejsce w latach suchych. 185 Lokalny wzrost opadów można powiązać ze sprzężeniem zwrotnym albedo-roślinność. 27 Niedawno Bamba i in. 186 symulowali reakcję klimatu Afryki Zachodniej na zalesianie na różnych szerokościach geograficznych i wykazali, że afrykański pas zieleni w Sahelu byłby skuteczniejszy w zwiększaniu opadów monsunowych niż pas w przybrzeżnej Gwinei. „Wielki Zielony Mur” w tym pierwszym regionie mógłby skutkować większą liczbą dni deszczowych (+9%) i nasilonymi ulewnymi deszczami, jednocześnie zmniejszając ekstremalne okresy suszy 187 (−4%). Nowe lasy mogłyby również wpływać na temperatury, zapewniając lokalne chłodzenie. 186 , 188 Wyniki te podkreślają znaczenie polityki użytkowania gruntów w przyszłych prognozach ekstremalnych zjawisk klimatycznych, zwłaszcza w regionie, w którym już teraz obserwuje się znaczący wzrost liczby ekstremalnych opadów189 i w którym prawdopodobnie w przyszłości wystąpią gwałtowne fale upałów. 190
Nadciągającym problemem dla przyszłych planów zalesiania jest potencjalny wpływ klimatu na odległe regiony, który do tej pory został szczegółowo zbadany tylko przez kilka badań. 26 , 27 Ornstein i in. 27 symulowali zalesianie na dużą skalę w regionach Sahary i Sahelu oraz pustyni australijskiej i odkryli znaczące zmiany klimatyczne poza tymi regionami, podobne do tych, które symulowano dla holoceńskiego AHP. W szczególności obejmowały one tłumienie afrykańskich fal wschodnich , 45 co sprzyja inicjacji układów konwekcyjnych nad Sahelem, oraz zmieniony stan ENSO. 113 Ponadto zalesianie na dużą skalę w scenariuszu „wysokiej emisji” (RCP8.5) tylko słabo i tymczasowo zmniejsza stężenie CO2 , co podważa skuteczność zalesiania jako głównego pochłaniacza węgla. 191 Ponadto zalesianie na dużą skalę może faktycznie zwiększyć średnią globalną temperaturę powierzchni w porównaniu z przypadkiem niezalesionym. 191 Innym ciekawym, choć pomijanym odległym efektem potencjalnego przyszłego zalesiania jest, jak w przypadku AHP, sprzężenie zwrotne związane z emisjami pyłu, które może dodatkowo wpływać na opady deszczu (patrz Past Changes in Saharan Vegetation ). Zmniejszenie ilości pyłu transportowanego nad Oceanem Atlantyckim może prowadzić do wzrostu aktywności cyklonów tropikalnych. 114 , 192 Ponadto pył zawiera żelazo i inne składniki odżywcze, które użyźniają ocean 193 i odległe lasy w Ameryce Południowej. 27 , 194 Mniejsza ilość pyłu saharyjskiego może na przykład zmniejszyć produktywność oceanów i Amazonii, co sprawi, że zalesianie stanie się potencjalnie mniej skuteczne jako pochłaniacz dwutlenku węgla. 194
Drugą kluczową kwestią dla stworzenia nowoczesnej Zielonej Sahary jest samowystarczalność: czy hipotetyczna Zielona Sahara będzie wymagała ciągłego nawadniania po fazie ustabilizowania, czy też ostatecznie wygeneruje wystarczające opady, aby się utrzymać? Niektóre symulacje sugerują, że gdyby zaprzestano nawadniania, zalesione, dawniej pustynne regiony ostatecznie powróciłyby do swojego pierwotnego stanu, a tym samym zwróciłyby również węgiel pochłonięty przez roślinność do atmosfery. Na przykład w pełni rozwinięty las tropikalny na Saharze mógłby spowodować wzrost opadów deszczu o zaledwie ~267 mm/rok, co odpowiadałoby ~15%–20% opadów, których potrzebowałby do samowystarczalności. 195
Mimo że panuje powszechna zgoda co do faktu, że programy ponownego zazieleniania spowodują lokalne zwiększenie opadów, pojawiają się obawy dotyczące niepożądanych skutków ubocznych w odległych obszarach klimatycznych oraz długoterminowej zrównoważoności takich programów.

Wnioski

Północna Afryka jest gospodarzem największej gorącej pustyni na świecie, Sahary, a także jednego z najbardziej znanych systemów monsunowych na świecie, WAM. Opady deszczu związane z WAM są kluczowe dla stabilności społeczno-ekonomicznej milionów ludzi żyjących w Sahelu. 196 Rzeczywiście, gdy poważne susze spustoszyły region w latach 70. i 80. XX wieku, 197 spowodowały one powszechny głód w zachodniej i środkowej Afryce. Od tego czasu nastąpiła stopniowa odbudowa opadów deszczu w Sahelu.
Zmiany w intensywności opadów WAM mogą nie tylko mieć silne lokalne reperkusje klimatyczne, ale także powodować potencjalne odległe skutki, na przykład na aktywność cyklonów tropikalnych, inne systemy monsunowe, klimat Arktyki i ENSO ( Rysunek 1 ). Dlatego z globalnej perspektywy niezwykle istotne jest zrozumienie mechanizmów stojących za zmiennością WAM, aby lepiej przewidywać jej przyszłe zmiany. Rzeczywiście, przeszłe klimaty pokazały, że mogą wystąpić duże wahania intensywności WAM, a zatem mogą być możliwe w przyszłości w wyniku ocieplenia cieplarnianego wywołanego przez człowieka. Takie udokumentowane przeszłe wahania stanowią wyjątkową okazję do rozwinięcia i przetestowania naszej wiedzy na temat czynników napędowych i sprzężeń zwrotnych rządzących klimatem północnej Afryki i jego telepołączeniami (tj. dalekosiężnymi relacjami z klimatem w innych regionach). Z kolei ta zwiększona wiedza może pomóc nam zrozumieć i przewidzieć wpływ wymuszenia antropogenicznego (poprzez emisje gazów cieplarnianych i zaburzenia użytkowania gruntów).
Obecne badania skupione na znaczących zmianach hydroklimatycznych, jakich doświadczyły Sahara i Sahel w przeszłości, pokazują, że zmiany parametrów orbitalnych Ziemi, w szczególności cykle precesyjne, były rozrusznikami AHP. Jednak samo wymuszanie orbitalne nie może uzasadniać przeszłych dramatycznych rozszerzeń WAM w kierunku północnym, co ilustrują badania modelowania od początku lat 90. Musimy uwzględnić inne sprzężenia zwrotne, takie jak interakcje atmosfera-ocean, atmosfera-ląd i pył, aby lepiej symulować zmiany monsunowe podczas AHP. Niemniej jednak obecne najnowocześniejsze modele klimatyczne, które odtwarzają wiele z tych sprzężeń zwrotnych, ogólnie niedoszacowują wewnętrznej penetracji WAM podczas AHP. Sugeruje to, że albo brakuje niektórych kluczowych procesów sprzężenia zwrotnego, albo są one nieprawidłowo reprezentowane. Identyfikacja tych brakujących ogniw i symulacja ich w modelach systemów Ziemi jest kluczowym wyzwaniem dla przyszłych badań w tej dziedzinie. Jak podkreślono w tym przeglądzie, ciągłym wyzwaniem jest potrzeba ulepszenia modelowania ekosystemów w modelach klimatycznych w celu dokładnego uwzględnienia przyszłych zmian klimatu i CO2 w roślinności w wyniku globalnego ocieplenia. Ponadto procesy w skali mezo-lokalnej (takie jak linie szkwałów , systemy konwekcyjne w skali mezoskalowej i sama konwekcja), które są kluczowe dla wywoływania opadów deszczu w regionie Sahelu-Sahary, nie są jeszcze bezpośrednio symulowane w modelach systemów ziemskich ze względu na ich grubą rozdzielczość przestrzenną. W związku z tym wymagana parametryzacja procesów w skali mezo-lokalnej może również przyczyniać się do błędów modelu w symulacjach wzmocnienia WAM. Wreszcie rola sprzężeń zwrotnych pyłu w zmianie WAM została dopiero niedawno zbadana i jest obecnie przedmiotem debaty, a znaczenie oddziaływań pył-chmura (pośredni wpływ aerozolu) było dotychczas pomijane. Poprawa parametryzacji tych słabo rozwiązanych procesów jest drugim kluczowym wyzwaniem, które wyłania się z tego przeglądu.
Trzecim wyzwaniem jest wypracowanie solidnego zrozumienia koncepcyjnego dynamiki AHP, w szczególności ich początków i zakończeń. Przełomowe badania, oparte zarówno na modelach teoretycznych, jak i archiwach paleoklimatycznych, sugerują, że nagłe ekspansje i cofanie się Sahary miały miejsce w ciągu kilku stuleci. Jednak nowe dane paleoklimatyczne wskazują na ogólną regionalną, transgresywną czasowo zmianę opadów w północnej Afryce. Niemniej jednak nagłe przejścia zaobserwowane w niektórych zapisach paleoklimatycznych mogą charakteryzować bardziej lokalne niż regionalne zmiany klimatu, co może wynikać z przestrzennej heterogeniczności afrykańskiego krajobrazu i samej afrykańskiej cyrkulacji monsunowej. Dlatego badania paleoklimatyczne sugerują, że chociaż intensywność WAM mogła zmieniać się stopniowo, najprawdopodobniej wystąpiły lokalne nagłe zmiany i mogły one wywołać nagłe zmiany w innych regionach („indukowane przechylanie”). Szczegółowa dynamika tych zmian nie jest jeszcze w pełni zrozumiana. Tak czy inaczej, uważa się, że sprzężenie zwrotne opadów i roślinności odegrało kluczową rolę w regulacji dynamiki przejść.
Solidne zrozumienie przeszłych zmian to pierwszy krok do pewnego prognozowania zmian, z którymi Sahara i Sahel mogą się zmierzyć w przyszłości. Jednak prognozy na przyszłość niosą ze sobą również pewne wyjątkowe wyzwania, takie jak zrozumienie roli zmian użytkowania gruntów i roli możliwych przyszłych inicjatyw geoinżynieryjnych. Antropogeniczna zmiana klimatu wraz z intensywnymi zmianami użytkowania gruntów i pokrycia terenu prawdopodobnie doprowadzi do jeszcze większych wahań w przyszłości niż te, których doświadczono w latach 70. i 80. w Sahelu. W szczególności zaproponowano szereg projektów ponownego zalesiania mających na celu ponowne zazielenienie Sahelu lub Sahary w celu złagodzenia skutków globalnego ocieplenia, a obecnie dostępna jest tylko ograniczona liczba badań w celu zbadania regionalnych i odległych skutków klimatycznych takich projektów.
Podsumowując, nasz przegląd podkreśla kluczową rolę, jaką region Sahara-Sahel odgrywa w globalnym systemie klimatycznym i w jaki sposób zmiany intensywności WAM mogą mieć efekt domina, zakłócając zarówno klimat regionalny, jak i odległe lokalizacje, takie jak Arktyka lub Pacyfik Równikowy. Jednak poprawa naszego zrozumienia przyszłości Sahelu i Sahary wiąże się z wyzwaniami. Społeczność zajmująca się modelem systemu Ziemi musi podjąć skoordynowany wysiłek, aby się z nimi zmierzyć; wynikiem będzie zmniejszenie niepewności co do wpływu globalnego ocieplenia i wzrostu emisji gazów cieplarnianych na WAM. Dodatkowe badania dotyczące wpływu ponownego zalesiania są również pilnie potrzebne, zanim takie projekty będą mogły zostać rozważnie wdrożone.

Podziękowanie

FSRP potwierdza finansowanie ze strony Swedish Research Council for Environment, Agricultural Sciences, and Spatial Planning (FORMAS) w ramach Joint Programming Initiative on Climate i Belmont Forum dla projektu „Palaeo-constraints on Monsoon Evolution and Dynamics (PACMEDY)” oraz wsparcie finansowe ze strony Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (dotacja RGPIN-2018-04981 ) i Fonds de Recherche du Québec—Nature et Technologies ( 2020-NC-268559 ). GM był częściowo wspierany przez Swedish Research Council Vetenskapsrådet (dotacja 2016-03724) i FORMAS (dotacja 2018-00968). PBdM potwierdza wsparcie ze strony Columbia University Center for Climate and Life.

Odniesienia

,,,,,,

https://doi.org/10.1016/j.oneear.2020.03.002
Uzyskaj prawa i treści
Na podstawie licencji Creative Commons
Powyższy artykuł był pierwotnie publikowany na stronie Science Direct

PODOBNE ARTYKUŁYWIĘCEJ OD AUTORA