Huge spread in CMIP6 diffuse radiation impairs carbon budget estimates

पृथ्वी की सतह तक पहुँचने वाली सूर्य का प्रकाश एक एकल, एकसमान किरण नहीं है। यह दो अलग-अलग रूपों में आता है: प्रत्यक्ष किरणें जो सीधे सूर्य से यात्रा करती हैं, और बिखरा हुआ प्रकाश जो बादलों, धूल और वायुमंडल के गैस अणुओं से टकराकर परावर्तित होता है। यह बिखरा हुआ प्रकाश, जिसे विसरित विकिरण (diffuse radiation) कहा जाता है, प्रत्यक्ष सूर्य के प्रकाश से भिन्न व्यवहार करता है। जहाँ प्रत्यक्ष किरणें वन के ऊपरी स्तरों पर चमकती हैं, जिससे नीचे की पत्तियाँ अक्सर गहरे साये में रह जाती हैं, वहीं विसरित प्रकाश सभी दिशाओं में फैलता है। यह वनस्पतियों में गहराई तक प्रवेश करता है, उन छायांकित पत्तियों को भी रोशन करता है जो अन्यथा अंधेरे में रहतीं। यह अतिरिक्त प्रकाश पौधों को अधिक कुशलता से प्रकाश संश्लेषण करने की अनुमति देता है, जिससे पूरा जंगल प्रभावी रूप से हवा से कार्बन डाइऑक्साइड सोखने वाले एक अधिक उत्पादक इंजन में बदल जाता है। क्योंकि यह प्रक्रिया वायुमंडल के बादलों और कणों को सीधे दुनिया के जंगलों के स्वास्थ्य से जोड़ती है, इसलिए यह समझना आवश्यक है कि कितना बिखरा हुआ प्रकाश जमीन तक पहुँचता है, ताकि यह गणना की जा सके कि पृथ्वी की भूमि कितनी कार्बन संग्रहीत कर सकती है।

पैसिफिक नॉर्थवेस्ट नेशनल लेबोरेटरी के एक शोधकर्ता ने हाल ही में इस बात की जांच की कि आधुनिक जलवायु मॉडल इस विशिष्ट प्रकार के सूर्य के प्रकाश को कितनी अच्छी तरह पकड़ पाते हैं। उन्होंने सोलह विभिन्न वैश्विक जलवायु मॉडलों के डेटा का परीक्षण किया, जो जटिल कंप्यूटर सिमुलेशन हैं जिनका उपयोग वैज्ञानिक भविष्य के जलवायु परिवर्तनों का अनुमान लगाने और पिछले पर्यावरणीय बदलावों को समझने के लिए करते हैं। ये मॉडल वैश्विक कार्बन बजट—कार्बन के उत्सर्जन और पौधों एवं महासागरों द्वारा अवशोषित कार्बन के बीच के संतुलन—का अनुमान लगाने के प्राथमिक उपकरण हैं। शोधकर्ता ने वर्ष 2000 से 2014 की ऐतिहासिक अवधि पर ध्यान केंद्रित किया, जिसमें उन्होंने वास्तविक दुनिया के मौसम केंद्रों से लिए गए मापों के विरुद्ध मॉडलों के पूर्वानुमानों की तुलना की। उनका लक्ष्य यह देखना था कि क्या मॉडल विसरित विकिरण की मात्रा के संबंध में एक-दूसरे के साथ और वास्तविकता के साथ सहमत हैं।

निष्कर्षों ने मॉडलों के बीच सहमति की एक चौंकाने वाली कमी को उजागर किया। जब शोधकर्ता ने वैश्विक औसत देखा, तो विसरित विकिरण के अनुमानों में लगभग तीन गुना का अंतर पाया गया। कुछ मॉडलों ने बहुत कम बिखरे हुए प्रकाश की भविष्यवाणी की, जबकि अन्य ने इससे लगभग तीन गुना अधिक मात्रा की भविष्यवाणी की। यह भिन्नता भूमि पर और भी अधिक स्पष्ट थी, जहाँ उच्चतम और निम्नतम अनुमानों के बीच का अंतर तीन गुना तक पहुँच गया। समस्या केवल यह नहीं थी कि मॉडल एक-दूसरे से असहमत थे; वे वास्तविक दुनिया के अवलोकनों से भी असहमत थे। जब टीम ने सभी मॉडलों के औसत की तुलना हजारों जमीनी मापों से की, तो उन्होंने पाया कि मॉडल विशेष रूप से बढ़ते मौसम के दौरान, जब पौधे सबसे अधिक सक्रिय होते हैं, विसरित प्रकाश की मात्रा को लगातार कम आंकते हैं। उदाहरण के लिए, उत्तरी गोलार्ध में, मॉडलों ने गर्मियों के महीनों के दौरान बिखरे हुए प्रकाश की चरम मात्रा को एक महत्वपूर्ण अंतर के साथ मिस किया, जो यह दर्शाता है कि इन सिमुलेशन में वायुमंडल और सतह के बीच की अंतःक्रिया को संभालने में एक व्यवस्थित त्रुटि है।

यह विसंगति महत्वपूर्ण है क्योंकि बिखरे हुए प्रकाश की मात्रा सीधे तौर पर यह प्रभावित करती है कि पौधे कितना कार्बन अवशोषित कर सकते हैं। शोधकर्ता ने गणना की कि विसरित विकिरण के मॉडलों के अनुमानों में व्यापक भिन्नता पौधों की वृद्धि के भविष्यवाणियों में भारी अनिश्चितता पैदा कर सकती है। यदि मॉडल जंगलों तक पहुँचने वाले बिखरे हुए प्रकाश की मात्रा के बारे में गलत हैं, तो वे इस बारे में भी गलत होने की संभावना है कि वे जंगल कितना कार्बन संग्रहीत कर रहे हैं। अध्ययन बताता है कि यह अनिश्चितता प्रति वर्ष कई बिलियन टन कार्बन के बराबर हो सकती है, जो कि दुनिया के भूमि पारिस्थितिक तंत्रों द्वारा वर्तमान में अवशोषित कार्बन की कुल मात्रा के बराबर है। उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में, जहाँ मॉडलों के अनुमानों का प्रसार विशेष रूप से व्यापक है, कार्बन अवशोषण में अनिश्चितता कुल ग्रहण का तेरह प्रतिशत से अधिक हो सकती है। इसका अर्थ है कि भविष्य के कार्बन सिंक (carbon sinks) के वर्तमान अनुमान, जो जलवायु नीति के लिए महत्वपूर्ण हैं, प्रकाश के प्रति पौधों की प्रतिक्रिया के मामले में एक कमजोर नींव पर बने हो सकते हैं।

समस्या की जड़ संभवतः इस बात में निहित है कि इन मॉडलों का निर्माण कैसे किया जाता है। जिस तरह से वे प्रत्यक्ष और विसरित सूर्य के प्रकाश के विभाजन की गणना करते हैं, वह बादलों और वायुमंडलीय कणों के जटिल सूत्रों पर निर्भर करता, जो अभी तक पूरी तरह से समझे या सटीक रूप से दर्शाए नहीं गए हैं। इसके अलावा, इन प्रणालियों के भीतर उपयोग किए जाने वाले कई लैंड मॉडल अक्सर एक जंगल के माध्यम से प्रकाश की गति को सरल बनाते हैं, और कैनोपी (canopy) को एक जटिल संरचना के बजाय एक एकल परत के रूप में मानते हैं, जिसमें धूप वाली और छायादार पत्तियाँ होती हैं। यह सरलीकरण विसरित प्रकाश के "उर्वरण प्रभाव" (fertilization effect) को पकड़ने में विफल रहता है, जहाँ अतिरिक्त रोशनी पूरे पादप समुदाय की उत्पादकता को बढ़ा देती है। शोधकर्ता ने उल्लेख किया कि एक ही संस्थान द्वारा बनाए गए मॉडल, जो समान मुख्य वायुमंडलीय घटकों का उपयोग करते हैं, एक ही क्षेत्र के लिए बहुत अलग परिणाम देते हैं, जो यह दर्शाता है कि समस्या केवल अलग-अलग डेटा की नहीं बल्कि भौतिकी के सिमुलेशन में मौलिक अंतर की है।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि पृथ्वी के कार्बन चक्र की हमारी समझ में सुधार करने के लिए, वैज्ञानिकों को विसरित विकिरण के प्रतिनिधित्व को सही करने को प्राथमिकता देनी चाहिए। इसमें बिखरे हुए प्रकाश के बेहतर अवलोकन शामिल हैं, विशेष रूप से दूरस्थ उष्णकटिबंधीय जंगलों में जहाँ डेटा वर्तमान में दुर्लभ है, और इस बात के अधिक परिष्कृत तरीके कि कैसे प्रकाश वनस्पतियों के साथ अंतःक्रिया करता है। जैसे-जैसे वैज्ञानिक समुदाय अगली पीढ़ी के जलवायु मॉडलों की तैयारी कर रहा है, लेखक का तर्क है कि मॉडलों के विसरित विकिरण को रिकॉर्ड और मूल्यांकन करने के तरीके को मानकीकृत करना अब वैकल्पिक नहीं है। इस कमी को ठीक किए बिना, वैश्विक कार्बन बजट में अनिश्चितता इतनी बड़ी बनी रहेगी कि यह जलवायु कार्रवाई के लिए आवश्यक विश्वसनीय मार्गदर्शन प्रदान करने में सक्षम नहीं होगी। आगे का मार्ग यह सुनिश्चित करने के लिए एक समन्वित प्रयास की मांग करता है कि अगली पीढ़ी के सिमुलेशन ग्रह के जीवन को बनाए रखने में बिखरे हुए सूर्य के प्रकाश की सूक्ष्म लेकिन शक्तिशाली भूमिका को सटीक रूप से दर्शा सकें।