Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont noté une augmentation de la croissance des plantes arctiques comme symptôme du changement climatique. Mais sans observations montrant exactement quand et où la végétation a fleuri alors que les zones les plus froides du monde se réchauffent, il est difficile de prédire comment la végétation réagira au réchauffement futur. Maintenant, des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du département américain de l'Énergie et de l'UC Berkeley ont développé une nouvelle approche qui pourrait brosser un tableau plus précis de la végétation arctique et du passé récent et futur de notre climat.

Dans une étude publiée en ligne le 20 août dans Nature Changement Climatique , les chercheurs ont utilisé des images satellite prises au cours des 30 dernières années pour suivre - jusqu'à un pixel représentant environ 25 miles carrés - le flux et le reflux de la croissance des plantes dans les zones froides de l'hémisphère nord, comme l'Alaska, la région arctique du Canada, et le plateau tibétain.

Les données satellitaires historiques de 30 ans utilisées dans l'étude ont été recueillies par le radiomètre avancé à très haute résolution de la National Oceanic and Atmospheric Administration. Les données ont été traitées par l'Université de Boston, et est hébergé sur NEX - l'archive de données NASA Earth Exchange.

En premier, les données satellitaires ont montré ce à quoi ils s'attendaient – ​​qu'à mesure que les climats arctiques se réchauffaient, la croissance des arbres et des plantes a augmenté. Après avoir comparé ces observations avec des modèles climatiques de pointe développés pour CMIP5 - le projet d'intercomparaison de modèles couplés Phase 5 - ce qu'ils ont découvert ensuite les a surpris.

Leur analyse des données a révélé que 16 pour cent des terres végétalisées de la Terre où la croissance des plantes était limitée par des températures froides il y a trois décennies n'est plus principalement limitée par la température aujourd'hui, un résultat qui n'a pas été reproduit par les modèles CMIP5 testés. "Nos résultats suggèrent que les prédictions du CMIP5 pourraient avoir considérablement sous-estimé les changements dans l'écosystème arctique, et les modèles climatiques devront être améliorés pour mieux comprendre et prévoir l'avenir de l'Arctique, " a déclaré le premier auteur Trevor Keenan, chercheur universitaire dans le domaine des sciences de la Terre et de l'environnement du Berkeley Lab et professeur adjoint au département des sciences de l'environnement de l'UC Berkeley, Politique, et le management.

Keenan et Riley ont utilisé les données satellitaires pour construire une nouvelle référence d'observation qui quantifie l'étendue croissante des terres végétalisées dans l'hémisphère nord. Ils ont également estimé les changements dans la proportion de la surface de la Terre où la croissance des plantes ne sera plus limitée par les températures froides au cours du 21e siècle. Keenan et Riley projettent que d'ici l'an 2100, seulement 20 pour cent des terres végétalisées dans l'hémisphère nord seront encore limitées par les conditions froides qui y règnent depuis des siècles; les 80 pour cent restants ne connaîtront plus des températures suffisamment froides, et avec des printemps plus tôt, les plantes pousseront plus tôt, dans des endroits inattendus et à un degré inattendu.

« Bien que l'écologisation puisse sembler une bonne nouvelle car elle signifie une augmentation de l'absorption de carbone et de la production de biomasse, il représente une perturbation majeure de l'équilibre fragile des écosystèmes froids, " a déclaré Keenan. " Les températures se réchaufferont suffisamment pour que de nouvelles espèces d'arbres puissent s'installer et rivaliser avec la végétation qui dominait auparavant le paysage. Ce changement de végétation affecterait également les insectes et les animaux qui dépendent de la végétation indigène pour se nourrir. »

Les scientifiques collaborant dans le cadre du Programme mondial de recherche sur le climat ont développé les modèles CMIP5 pour aider les chercheurs du monde entier à mieux comprendre la relation entre les émissions de carbone et le réchauffement climatique, entre autres objectifs. Des consortiums internationaux tels que le GIEC (Groupe d'experts international sur l'évolution du climat) ont également utilisé les projections du CMIP5 pour éclairer les décisions politiques. Keenan a déclaré que si les modèles CMIP5 fournissaient aux chercheurs une vue d'ensemble du problème, ils ne représentent pas toujours avec précision les rôles importants que jouent les plantes dans la réflexion de la lumière dans l'atmosphère, renvoyer de l'eau dans l'atmosphère, et absorbant le dioxyde de carbone.

"Personne n'a examiné les systèmes à haute latitude sous cet angle auparavant car ils sont très complexes, mais ils sont importants car ils contrôlent de multiples rétroactions vers le système Terre, " a déclaré le co-auteur William Riley, chercheur principal dans le domaine des sciences de la Terre et de l'environnement du Berkeley Lab.

Maintenant que Keenan et Riley ont établi une approche standard pour évaluer les modèles climatiques, ils prévoient d'explorer comment ils peuvent utiliser des techniques statistiques plus avancées, comme l'apprentissage automatique, quantifier les propriétés de la matière organique du sol, dioxyde de carbone atmosphérique, feux de forêt, et la température, affectera le climat au 21e siècle.