Potencjał akumulacyjny dwutlenku węgla torfowisk mszarnych w kontekście zmian właściwości optycznych atmosfery i klimatu
Type
Project
Date Issued
2018
Author
Discipline
environmental engineering, mining and energy
Abstract (PL)
Torfowiska odgrywają bardzo istotną rolę w globalnym bilansie węgla. Zajmując tylko 3% powierzchni lądu zawierają około 30% glebowego C. Ich funkcjonowanie oraz reakcja na zmiany globalne zachodzące w środowisku stanowią jedną z podstaw zrozumienia biosfery. Publikacje naukowe wskazują na fundamentalny wpływ torfowisk na kształtowanie się klimatu na Ziemi, jednocześnie najnowsze badania wskazują na wyraźny wpływ rozpraszania promieniowania słonecznego na wielkość pochłaniania CO2 przez ekosystemy. W literaturze światowej brakuje wyników badań opisujących wpływ rozpraszania promieniowania słonecznego na wielkość pochłaniania CO2 przez torfowiska, jak również opisu dynamiki wymiany CO2 między torfowiskami wysokimi typu bałtyckiego a atmosferą. Kolejnym nurtującym zagadnieniem jest również ocena funkcjonowania tych ekosystemów w kontekście zmian właściwości optycznych atmosfery i klimatu.
Cel
Głównym celem tego projektu będzie określenie dynamiki pochłaniania CO2 przez torfowisko w kontekście zmian parametrów optycznych atmosfery (stopnia rozpraszania promieniowania słonecznego). Kolejnym celem badań będzie opis oraz parametryzacja pochłaniania CO2 przez torfowisko wysokie typu bałtyckiego, a także projekcja produktywności tego ekosystemu w kontekście nadchodzących zmian klimatycznych. Pod uwagę będą wzięte przewidywane zmiany wartości czynników termiczno-wilgotnościowych, jak i stopnia rozpraszania promieniowania słonecznego docierającego do ekosystemu.
Metody badacze
Proponowane podejście badawcze wymaga jednoczesnych i ciągłych pomiarów: wymiany CO2, grubości optycznej atmosfery oraz warunków meteorologicznych na torfowisku. Dodatkowo uzupełnione one zostaną badaniami: składu botanicznego roślinności, parametrów chemicznych wody, dynamiki populacji ameb skorupkowych i pomiarami parametrów optycznych atmosfery wykonanych przy pomocy technik lidarowych. Jednocześnie zostaną zgromadzone dane klimatyczne, a także dane satelitarne dotyczące charakterystyk termicznych i radiacyjnych powietrza północnej Polski. Opracowany w ramach tego projektu model pochłaniania CO2 zostanie sparametryzowany oraz walidowany na podstawie uzyskanych danych pomiarowych. Model ten posłuży do oceny wpływu rozpraszania promieniowania słonecznego na wielkość pochłaniania CO2 przez torfowisko. Następnie, w oparciu o dane klimatyczne i satelitarne, zostaną opracowane projekcje reakcji torfowisk w regionie na przewidywane zmiany klimatu i właściwości optycznych atmosfery.
Powód podjęcia danej tematyki
Głównym powodem podjęcia tych badań była luka w wiedzy na temat bilansu węgla torfowisk wysokich w tej części Europy oraz brak opracowań naukowych dotyczących interakcji między stopniem rozpraszania promieniowania słonecznego, a zdolnościami torfowisk do pochłaniania CO2 z powietrza. Parametry optyczne atmosfery, głównie z powodu zmian w występowaniu aerozoli w kolumnie powietrza, ulegają dynamicznym zmianom i są one pochodzenia zarówno antropogenicznego (np. aerozole pochodzące z pożarów), jak i naturalnego (np. pył saharyjski). Proponowane jednoczesne pomiary wymiany CO2 między torfowiskiem a atmosferą oraz parametrów optycznych atmosfery (np. aerozolowej grubości optycznej) bardzo dobrze wpisują się w nowoczesne badania ekosystemów oraz atmosfery prowadzone w ramach takich struktur badawczych jak ESA, AERONET czy ICOS. Zaproponowane nowatorskie oraz holistyczne podejście badawcze wpisuje się w obecny nurt badań nad wpływem degradacji atmosfery na funkcjonowanie ekosystemów lądowych. Wysoki poziom metodyczny oraz naukowy projektu gwarantują dobrą publikowalność uzyskanych wyników.
Cel
Głównym celem tego projektu będzie określenie dynamiki pochłaniania CO2 przez torfowisko w kontekście zmian parametrów optycznych atmosfery (stopnia rozpraszania promieniowania słonecznego). Kolejnym celem badań będzie opis oraz parametryzacja pochłaniania CO2 przez torfowisko wysokie typu bałtyckiego, a także projekcja produktywności tego ekosystemu w kontekście nadchodzących zmian klimatycznych. Pod uwagę będą wzięte przewidywane zmiany wartości czynników termiczno-wilgotnościowych, jak i stopnia rozpraszania promieniowania słonecznego docierającego do ekosystemu.
Metody badacze
Proponowane podejście badawcze wymaga jednoczesnych i ciągłych pomiarów: wymiany CO2, grubości optycznej atmosfery oraz warunków meteorologicznych na torfowisku. Dodatkowo uzupełnione one zostaną badaniami: składu botanicznego roślinności, parametrów chemicznych wody, dynamiki populacji ameb skorupkowych i pomiarami parametrów optycznych atmosfery wykonanych przy pomocy technik lidarowych. Jednocześnie zostaną zgromadzone dane klimatyczne, a także dane satelitarne dotyczące charakterystyk termicznych i radiacyjnych powietrza północnej Polski. Opracowany w ramach tego projektu model pochłaniania CO2 zostanie sparametryzowany oraz walidowany na podstawie uzyskanych danych pomiarowych. Model ten posłuży do oceny wpływu rozpraszania promieniowania słonecznego na wielkość pochłaniania CO2 przez torfowisko. Następnie, w oparciu o dane klimatyczne i satelitarne, zostaną opracowane projekcje reakcji torfowisk w regionie na przewidywane zmiany klimatu i właściwości optycznych atmosfery.
Powód podjęcia danej tematyki
Głównym powodem podjęcia tych badań była luka w wiedzy na temat bilansu węgla torfowisk wysokich w tej części Europy oraz brak opracowań naukowych dotyczących interakcji między stopniem rozpraszania promieniowania słonecznego, a zdolnościami torfowisk do pochłaniania CO2 z powietrza. Parametry optyczne atmosfery, głównie z powodu zmian w występowaniu aerozoli w kolumnie powietrza, ulegają dynamicznym zmianom i są one pochodzenia zarówno antropogenicznego (np. aerozole pochodzące z pożarów), jak i naturalnego (np. pył saharyjski). Proponowane jednoczesne pomiary wymiany CO2 między torfowiskiem a atmosferą oraz parametrów optycznych atmosfery (np. aerozolowej grubości optycznej) bardzo dobrze wpisują się w nowoczesne badania ekosystemów oraz atmosfery prowadzone w ramach takich struktur badawczych jak ESA, AERONET czy ICOS. Zaproponowane nowatorskie oraz holistyczne podejście badawcze wpisuje się w obecny nurt badań nad wpływem degradacji atmosfery na funkcjonowanie ekosystemów lądowych. Wysoki poziom metodyczny oraz naukowy projektu gwarantują dobrą publikowalność uzyskanych wyników.
Abstract (EN)
Peatlands play a very important role in the global carbon balance. They cover only 3% of the land but, they contain about 30% of soil Carbon. The understanding of peatlands functioning and the prediction of their reaction to the globally observed changes is one of the ecological key issues. Scientific publications indicate the fundamental impact of peatlands on the Earth’s climate, while the recent research indicates a clear impact of the scattering of solar radiation on the amount of CO2 that is absorbed by the ecosystems. There is a lack of literature where the effect of solar radiation scattering on the peatlands CO2 absorption has been described, or where the dynamics of CO2 exchange between raised Baltic bogs and the atmosphere has been discussed. There are still open scientific issues related to the assessment of the changes in these ecosystems functioning in context to the optical properties of the atmosphere, as well as issues related to the climate changes. The main objective of this project will be the estimation of the peatland CO2 uptake dynamics in the context of the optical parameters of the atmosphere (scattering index). Another aim of the research will be the description and parameterization of CO2 uptake by the raised Baltic bog. There will be also a projection of the peatland ecosystem production as a result of the upcoming changes of the level of scattered radiation as well as climate changes. The proposed research approach requires simultaneous and continuous measurements of: CO2 exchange, aerosol optical thickness and meteorological conditions in the peatland. These measurements will be supplemented by botanical surveys, peat water chemical parameters analysis, Testate amoebae population study and the optical parameters of the atmosphere measurements using the lidar techniques. Additionally, climate and satellite data of northern Poland will be collected. The CO2 absorption model will be developed, parameterized and validated on the basis of the obtained field data. This model will be used to assess the impact of solar radiation scattering on the amount of peatlands CO2. Then, it will be used for projections of CO2 uptake of raised bog in the context to predict the optical properties of the atmosphere and climate changes. The main reason for this research is to fill the gap in knowledge related to the carbon exchange of raised bogs in this part of Europe. There is a lack of scientific studies on the interaction between the level of solar radiation scattering and the ability of peatlands to absorb the atmospheric CO2. Optical parameters of the atmosphere undergo dynamic changes and it is due to the changes of the concentration of both anthropogenic (e.g. soot) and natural (e.g. Saharan dust) aerosols in the air column. Simultaneous measurements of CO2 exchange between peatland and atmosphere as well as optical parameters of the atmosphere (e.g. aerosol optical thickness) is the core of this research. The research will be realized using the techniques and methodologies that corresponds with the activities carried out within research structures, such as European Space Agency (ESA) and the Integrated Carbon Observation System (ICOS). The proposed innovative and holistic research approach is part of the current trend of the environmental study which are concentrated to the impact of atmospheric degradation on the terrestrial ecosystems functioning. The high methodological and scientific level of the project guarantee good and publishable (in high impact factor journals) results.
Subject (pl)