Land- atmosphere exchange of carbon dioxide in a high Arctic fen : importance of wintertime fluxes

Abstract

Global warming is predicted to have a major impact on the ecosystems over the polar latitudes including the Arctic region which is thought to be especially sensitive to changes in climate. So far, the research studying greenhouse gases in the Arctic has primarily been focused on the short and intense growing season when carbon flux is mostly driven by plants and soil microorganisms. Regarding winter time little is known about what factors that influence the carbon flux between the land and the atmosphere (Net Ecosystem Exchange, NEE) and how big impact it has on the annual carbon budget.
This study investigated the importance of wintertime CO2 fluxes (Net ecosystem exchange; NEE) on a net annual exchange basis and which environmental variables that affected CO2 flux during wintertime. If seasonality (i.e. early winter, dark winter, late winter) affected relationships between carbon flux and the driving variables was also examined. The study was based on two years of data (August 2012- October 2014) from an eddy covariance tower on the fen in Zackenberg, Greenland. It was found that winter time flux in the year 2012/2013 was 67.6 g C m-2 (emission of CO2 to the atmosphere) and for the year 2013/2014 the winter time flux was 31.4 g C m-2.
The early winter time (September -7th of November) was the winter season where the strongest relationship between environmental variables and NEE was seen for both years. Here NEE increased exponentially with air temperature and soil temperature (-10 cm) but the relationship was strongest with air temperature. Air temperature, PAR, soil temperature and snow depth were factors that affected CO2 flux during wintertime but no clear relationship could be seen with snow temperature. Seasonality clearly had an impact on the relationship between carbon flux and the driving variables.
In this study only a few environmental variables were tested and to be able to cover the complete pictures of what factors that affect NEE more studies have to be done, for example of soil and snow temperatures at more depth, water table depth, thaw depth, day of snowmelt and air pressure. A longer time series would also have been valuable but it is certain that winter time carbon flux is important when making an annual carbon budget in the Arctic.

Popular Abstract (Swedish)

Utbyte av koldioxid mellan mark och atmosfär i en nordlig arktisk myr: betydelsen av vinterflöden
Med ett varmare klimat i och med den globala uppvärmningen hotas permafrosten i Arktis att smälta och stora mängder kol frigöras till atmosfären. Koldioxid är en viktig växthusgas och kolflödet i Arktis är därför mycket aktuellt att studera. Årligen pågår ett utbyte mellan mark och atmosfär då växterna tar upp kol under sommaren genom fotosyntesen samtidigt som det sker ett mindre utsläpp av kol genom respiration. Kolflödet mellan mark och atmosfär under sommaren är väl undersökt, men hur stor del har egentligen vintertiden i det årliga kolflödet? Under vintern sker ett litet utsläpp av kol från respirationen av mikroorganismer som fortsätter under snötäcket.
Vilka miljöfaktorer är det egentligen som styr kolflödet under vinterhalvåret? Kan det vara lufttemperatur, marktemperatur, snödjup eller inkommande solstrålning? Det här är spännande och betydelsefulla frågor då balansen i ekosystemet kan komma att rubbas med en stigande temperatur i framtiden.
Vinterperioden är lång i Arktis och räknas i den här studien från september till juni, då det ofta tar lång tid för snötäcket att försvinna på våren. Under november till februari är det polarnatt och solen når aldrig över horisonten. I motsats finna också polardagen när solen aldrig försvinner under horisonten under den korta sommaren.
Den här studien har använt data från ett eddy covariance-torn över en myr i Zackenberg på Grönland. Data består av koldioxidflödet mellan mark och atmosfär (g C m-2), samt snödjup, inkommande strålning, lufttemperatur, snötemperatur och marktemperatur. Data från två år, 2012/2012 och 2013/2014 har analyserats.
Slutsatsen i den här undersökningen var att kolflödet under vintertiden verkligen hade en stor del av den årliga kolbudgeten. Under sommaren skedde ett upptag av kol och under vintern ett utsläpp av kol till atmosfären. Sett över ett helt år skedde dock ett upptag av kol över myren i Zackenberg. Lufttemperatur och marktemperaturen hade den största påverkan på kolflödet och det var ett positivt samband: när temperaturen ökade, ökade också kolflödet.
Att den här studien visar att vintertidens utsläpp är större än väntat pekar på betydelsen av att inkludera detta i budgetberäkningar i framtiden. Lufttemperatur och marktemperatur har stor påverkan på mikroorganismerna och med en varmare temperatur är det möjligt att respirationen kan vara större samt fortsätta under en längre tidsperiod.

• author: Lindstein, Anna
• supervisor: Magnus Lund
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science
• course: NGEM01 20142
• year: 2015
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: geography, physical geography, ecosystem analysis, NEE, eddy covariance, Arctic, CO2, wintertime flux, Zackenberg
• publication/series: Student thesis series INES
• report number: 332
• language: English
• id: 5034971
• date added to LUP: 2015-01-29 16:00:00
• date last changed: 2015-01-29 16:00:00