10.1029/2023JG007638

كلير سي. تريتكس وآنا-ماريا فيركالا يتشاركان في التأليف الأول. ورقة مراجعة مدعوة للطبعة العشرون من مجلة أبحاث الجيولوجيا – البيوجيوكيمياء (التي تنشرها AGU).

النقاط الرئيسية:

يمكن العثور على المعلومات الداعمة في النسخة الإلكترونية من هذه المقالة.

سي. سي. تريت وآي.-إم. فيركالا،كلير.تريت@awi.de؛
avirkkala@woodwellclimate.org

تريت، سي. سي.، فيركالا، أ.-م.، بيرك، إي.، بروهويلي، ل.، شاتيرجي، أ.، فيشر، ج. ب.، وآخرون. (2024). الكربون في التربة المتجمدة: تقدم في فهم المخزونات والتدفقات عبر النظم البيئية الأرضية الشمالية. مجلة الأبحاث الجيوفيزيائية: علوم الأحياء الجيولوجية، 129، e2023JG007638.https://doi.org/10. 1029/2023JG007638

تم الاستلام في 13 أكتوبر 2023
تم القبول في 7 فبراير 2024

هذه مقالة مفتوحة الوصول بموجب شروط ترخيص المشاع الإبداعي للاستخدام غير التجاري، والذي يسمح بالاستخدام والتوزيع وإعادة الإنتاج في أي وسيلة، بشرط أن يتم الاستشهاد بالعمل الأصلي بشكل صحيح وألا يُستخدم لأغراض تجارية.

تغطي منطقة التربة المتجمدة حوالي تغطي منطقة الأرض في نصف الكرة الشمالي (Obu et al., 2019). يتم التحكم في التوزيع الواسع النطاق للتربة المتجمدة على الأرض بواسطة الظروف المناخية، حيث توجد أكبر المناطق في المناطق القطبية والشمالية، والتي هي محور هذه الدراسة (الشكل 1). كما توجد تربة متجمدة واسعة في هضبة التبت (Yang et al., 2010). تؤثر التربة المتجمدة على العديد من جوانب وظيفة النظام البيئي، بما في ذلك الهيدرولوجيا، والنباتات، ودورة الكربون والمغذيات (Schuur et al., 2008). غالبًا ما تكون تربة التربة المتجمدة غنية بالكربون (C) لأن الظروف الباردة والرطبة تحد من التحلل الميكروبي للمواد العضوية، مما يسمح بتراكم مخزون كربون التربة الذي له أهمية عالمية (Hugelius et al., 2014; Strauss et al., 2021). ومع ذلك، فإن ارتفاع درجات حرارة المناخ يزيد من درجات حرارة التربة (Biskaborn et al., 2019) ويؤدي إلى ذوبان التربة المتجمدة (Nitze et al., 2018)، مما يمكّن التحول الميكروبي لبعض أجزاء من هذه المخزونات المحمية من كربون التربة، مما يساهم في انبعاثات غازات الدفيئة وتغير المناخ (Schaefer et al., 2014; Schuur et al., 2015, 2022). ومع ذلك، هناك عدم يقين كبير في توقعات المناخ المستقبلية مع تداعيات على قرارات سياسة انبعاثات غازات الدفيئة الدولية (Natali et al., 2022).

على مدى العشرين عامًا الماضية، شهدت الأبحاث حول دورة الكربون في مناطق التربة المتجمدة والتغذية المرتدة المناخية تقدمًا ونموًا هائلين (Sjöberg et al., 2020) من خلال دمج تخصصات كانت تقليديًا منفصلة، بما في ذلك علم البيئة، وعلم التربة، والبيوجيوكيمياء، وعلوم الغلاف الجوي، والهيدرولوجيا، والفيزياء الجيولوجية، والاستشعار عن بُعد، والنمذجة. في هذه الورقة، نقوم بتلخيص المعرفة الحالية حول خصائص النظام البيئي للتربة المتجمدة التي تتحكم في دورة الكربون بالإضافة إلى قياسات ونمذجات ثاني أكسيد الكربون الأرضي. ) وميثان ( التبادل بين نظم الإيكولوجيا في التربة المتجمدة والأجواء لتحديد الخطوات التالية في فهم دورة الكربون في مناطق التربة المتجمدة.

يتم تعريف الجليد الدائم على أنه مادة أرضية تحت السطح بدرجة حرارة عند أو أقل من لمدة عامين متتاليين على الأقل (هاريس وآخرون، 1988). تقع بين سطح الأرض والتربة المتجمدة بشكل مستمر، حيث تذوب “الطبقة النشطة” وتتجمد سنويًا. هنا، تحدث الغالبية العظمى من العمليات البيولوجية في التربة، بما في ذلك تشكيل وتحلل المادة العضوية في التربة. تحدث التربة المتجمدة في جميع أنحاء المناظر الطبيعية البوريلية، وما دون القطبية، والتندرا (الشكل 1). ضمن القيود المناخية الأوسع لمجال التربة المتجمدة، يتم تعديل حدوث التربة المتجمدة في موقع معين بواسطة عوامل محلية، مثل الانحدار والاتجاه، والهيدرولوجيا وظروف رطوبة التربة، وعمق الثلج في الشتاء، وتغطية النباتات، بالإضافة إلى خصائص التربة والجليد الأرضي (شور وجورجنسون، 2007). يمكن أن تختلف هذه العوامل بشكل كبير على مسافات تتراوح من أمتار إلى كيلومترات، لذا يمكن أن تتواجد مناطق بها تربة متجمدة وأخرى بدونها تحت مناخ مشابه. تشمل المتغيرات الرئيسية الإضافية التي تصف حالة التربة المتجمدة درجة حرارة الأرض، وسمك الطبقة النشطة، ومحتوى الجليد الأرضي، وتاريخ تشكيل التربة المتجمدة (جورجنسون وأوستركامب، 2005؛ أوستركامب ورومانوفكسي، 1999؛ رومانوفكسي وأوستركامب، 2000؛ شور وآخرون، 2005؛ س. ل. سميث وآخرون، 2022).

تُعتبر منطقة التربة الصقيعية المحيطة بالقطب الشمالي غالبًا ما تُرسم كأربع مناطق: منطقة مستمرة ( من سطح الأرض المغطى بالتربة المتجمدة)، منطقة غير متصلة ( التربة المتجمدة الدائمة)، منطقة متقطعة ( ) ومعزول ( ) المنطقة (براون وآخرون، 1998، تم تنقيحه في 2001). تتوفر الآن العديد من المنتجات البيانية المكانية الجديدة لخصائص الجليد الدائم في العروض العليا الشمالية (الجدول 1). تشير هذه المنتجات إلى امتدادات جوية متشابهة نسبيًا للجليد الدائم في المناطق الأرضية المكشوفة ( 14 و إذا تم اعتبار منطقة التربة المتجمدة بالكامل مع مناطقها المتقطعة التي لا تحتوي على تربة متجمدة، يمكن أن تغطي منطقة التربة المتجمدة ما يصل إلى (الجدول 1)؛ يغطي مجال التربة الصقيعية القطبية الشمالية، الذي هو محور مراجعتنا، (هوجيليوس وآخرون، 2023). تعتمد العديد من خرائط التربة المتجمدة بشكل كبير على أول خريطة للتربة المتجمدة من الجمعية الدولية للتربة المتجمدة (IPA) (براون وآخرون، 1998، تم مراجعتها في 2001). كانت هذه الخريطة مبنية على رسم الخرائط الميدانية ورقمنة التربة المتجمدة يدويًا في مناطق مختلفة – وهو جهد هائل لم يتكرر منذ ذلك الحين. معظم “الحديثة”

تعتمد أساليب رسم الخرائط إما على العلاقات الإحصائية بين الظروف المناخية ومتغيرات الجليد الدائم أو على نماذج قائمة على العمليات تحاكي أنظمة الحرارة الأرضية (Obu et al., 2019; Ran et al., 2022). باستخدام هذه الطرق، يمكن دمج المنتجات المصفوفة من المتغيرات المناخية، مثل درجات حرارة الهواء من إعادة تحليل المناخ أو درجات حرارة سطح الأرض المستشعرة عن بُعد، مع البيانات الجغرافية التي تصف المناظر الطبيعية بحيث يتم التقاط تأثير العوامل المحلية على نظام الحرارة الأرضية بشكل أفضل.

تُصمم خرائط التربة المتجمدة عمومًا على أنها “ثابتة” على مدى عدة عقود، وعلى الرغم من كونها مفيدة لتحديد التوزيع المكاني للتربة المتجمدة، إلا أن المفهوم الثابت يتعرض للتحدي بسبب ظروف المناخ المتزايدة الحرارة بسرعة في معظم مناطق التربة المتجمدة (رانتانين وآخرون، 2022). تُظهر شبكات المراقبة في الموقع ارتفاع درجات حرارة الأرض وتعمق الطبقة النشطة في معظم نطاق التربة المتجمدة (بيسكا بورن وآخرون، 2019؛ س. ل. سميث وآخرون، 2022). علاوة على ذلك، فإن تكوين التالك، أو طبقة التربة غير المتجمدة المستمرة في تربة التربة المتجمدة التي تتشكل عندما لم تعد التربة تتجمد حتى تصل إلى التربة المتجمدة، أصبح الآن شائعًا في ألاسكا (فاركوهرسون وآخرون، 2022). تم الإبلاغ عن اضطرابات أكثر حدة مثل الانزلاقات الذائبة الرجعية (الحركة الجماعية والتآكل على المنحدرات)، وتكوين بحيرات التيرموكارست والأراضي الرطبة، والمناظر الطبيعية للتيرموكارست بشكل عام (أي، سطح الأرض حيث يؤدي ذوبان التضاريس الغنية بالجليد في التربة المتجمدة إلى هبوط الأرض) عبر جميع مناطق التربة المتجمدة (يورغنسون وآخرون، 2006؛ نيتز وآخرون، 2018؛ باييت وآخرون، 2004). وبالتالي، بينما يمتد النطاق الواسع و

يمكن تحديد خصائص الجليد الدائم تحت ظروف مستقرة نسبيًا بشكل كافٍ (أي، خرائط ثابتة)، لكن رسم خرائط ديناميكية لهذه الخصائص تحت ظروف مناخية متغيرة بسرعة لا يزال يمثل تحديًا، مما يعيق فهمنا للمدى الواسع وآثار ذوبان الجليد الدائم.

يوجد تنوع كبير في نباتات منطقة التربة الصقيعية الشمالية، من البيئات التندرا الخالية من الأشجار ذات الكثافة النباتية المنخفضة إلى الغابات الشمالية الكثيفة في الجنوب. توجد كثافات عالية من البحيرات والبرك والأراضي الرطبة في هذه العروض الجغرافية الشمالية، حيث تغطي الأراضي الرطبة وحدها ما بين و منطقة التربة المتجمدة (الشكل 1؛ كارسدوتير وآخرون، 2021؛ أوليفيلدت وآخرون، 2021؛ راينولدز وآخرون، 2019). يرتبط تكوين البحيرات والأراضي الخثية بشكل واسع بالمناظر الطبيعية المسطحة نسبيًا التي أنشأها تراجع الأنهار الجليدية، وزيادة الرطوبة المتاحة، وتطور الكارست الحراري (ألكسندروف وآخرون، 2016؛ بروسيوس وآخرون، 2021؛ غورام وآخرون، 2007). غالبًا ما يتم توزيع نباتات التندرا على طول تدرجات رطوبة التربة، حيث توجد نباتات الأعشاب في المناطق ذات رطوبة التربة العالية (مثل الانخفاضات الطبوغرافية أو المناطق المسطحة)، بينما تهيمن الشجيرات في المناطق ذات التصريف الأفضل، والمناطق المرتفعة أو المائلة (هيجمانس وآخرون، 2022). تشكل الغابات دائمة الخضرة الغالبية العظمى من الغابات الشمالية في منطقة التربة المتجمدة في أمريكا الشمالية تليها الغابات العريضة الأوراق المتساقطة (وانغ وآخرون، 2020)؛ تغطي غابات اللاركس المتساقطة الأوراق مساحات شاسعة في منطقة التربة المتجمدة الروسية (شيفتسوفا وآخرون، 2020).

من المتوقع أن يؤدي الاحترار في منطقة التربة المتجمدة إلى تعزيز نمو النباتات بالإضافة إلى تغيير تكوين الأنواع، مما يمكن أن يؤثر على دورة الكربون بشكل مباشر وغير مباشر. التغيرات في الغطاء النباتي لها عواقب على العديد من وظائف النظام البيئي الإضافية من خلال تأثيراتها على توازن الطاقة، والهيدرولوجيا، ودرجات حرارة التربة، ومدخلات الكربون إلى التربة، وقابلية الاشتعال (تشابين وآخرون، 1996؛ ماك وآخرون، 2021؛ ستورم وآخرون، 2005). من المتوقع حدوث كل من “التخضير” (زيادة إنتاجية النباتات؛ وغالبًا ما يرتبط بتوسع الأشجار والشجيرات) و”الاصفرار” (انخفاض الإنتاجية بسبب تراجع النباتات أو بطء النمو) في مناطق التربة المتجمدة تحت مسارات الاحترار الحالية، على الرغم من أن الاستجابات تختلف محليًا (برنر وآخرون، 2020؛ سي. إكس. ليو وآخرون، 2021؛ مايرز-سميث وآخرون، 2020؛ ريد وآخرون، 2022). كان التخضير خلال الفترة من 1985 إلى 2016 أكثر انتشارًا، حيث يغطي حوالي. التندرا، في حين يحدث البني فقط من التندرا (برنر وآخرون، 2020). تشير التحليلات الشاملة لتأثيرات الاحترار المباشر على الغطاء النباتي إلى أن الاحترار يزيد من وفرة النباتات الوعائية وارتفاعها، خاصة الشجيرات، ولكن مرة أخرى، النتائج متغيرة مكانياً (إلمندورف وآخرون، 2012؛ سيستلا وآخرون، 2013). يمكن أن يؤدي ذوبان الجليد الدائم أيضاً إلى زيادة توفر المغذيات والمساهمة في زيادة الإنتاجية (هيويت وآخرون، 2019؛ سالمون وآخرون، 2016). ومع ذلك، قد لا تترجم زيادة نمو الغطاء النباتي إلى زيادة في مخزونات الكربون في النظام البيئي بسبب التفاعلات بين ظروف الثلج ودرجات حرارة التربة، والنباتات، والمواد المتحللة، والتحلل (هارتلي وآخرون، 2012؛ سيستلا وآخرون، 2013). على سبيل المثال، قد يؤدي زيادة نمو النباتات (فوق الأرض وتحتها) إلى زيادة مدخلات الكربون إلى التربة، ولكن زيادة الكربون المستمد من الجذور في التربة قد تؤدي أيضاً إلى زيادة تحلل الكربون في التربة عبر تنشيط الميكروبات (كيبر وآخرون، 2020). تناقش المراجعات الأخيرة التفاعلات بين توسع الشجيرات (تحول الشجيرات)، والجليد الدائم، ودورة الكربون مع الاستنتاج العام بأنه لا يُعرف ما إذا كان تحول الشجيرات يؤدي إلى زيادة أو انخفاض مخزونات الكربون في التربة (هيجمانز وآخرون، 2022؛ ميكونن وآخرون، 2021).

تتوفر العديد من منتجات البيانات المكانية لرسم أنواع النظم البيئية في منطقة التربة المتجمدة بناءً على الغطاء النباتي أو استخدام الأراضي. تُستخدم هذه المنتجات الخرائطية، التي تتراوح تغطيتها من العالمية إلى الإقليمية، غالبًا للتوسع المكاني في العمليات المتعلقة بدورة الكربون في التربة المتجمدة بما في ذلك رسم خرائط التربة (ميشرا وآخرون، 2021؛ بالمتاج وآخرون، 2022) ولتوسيع تدفقات الكربون (فيركالا وآخرون، 2021أ). الخريطة النباتية الأكثر استخدامًا، وهي خريطة الغطاء النباتي القطبي الشمالي، تمتد عبر القطب الشمالي ولكنها لا تشمل الأجزاء البورية أو تحت القطبية من منطقة التربة المتجمدة (راينولدز وآخرون، 2019؛ د. أ. ووكر وآخرون، 2005). غالبًا ما تفشل المنتجات العالمية في فصل أنواع الغطاء الأرضي الرئيسية لدورة الكربون في التربة المتجمدة، مثل الأنواع المختلفة من الأشجار السائدة، وأنواع الشجيرات والأراضي الرطبة (تشاسمر وآخرون، 2020). مع تحسن دقة الصور، يمكن توقع تصنيفات نباتية بدقة أعلى ولكنها ستتطلب أساليب إضافية للتغلب على القيود في تحديد أنواع الغطاء الأرضي الحرجة.

تراكمت التربة في منطقة التربة المتجمدة الكربون على مدى آلاف السنين، مع ديناميكيات مختلفة تعتمد على مدى التجليد خلال أقصى تجليد جليدي (LGM؛ هاردن وآخرون، 1992؛ ليندغرين وآخرون، 2018). تتوزع الأراضي الرطبة الشمالية والتربة عبر منطقة التربة المتجمدة في المناطق التي كانت مجلدة في LGM (الشكل 1أ) وتحتوي على مخزونات كبيرة من الكربون (فروكينغ وآخرون، 2011؛ يو وآخرون، 2010). تتواجد مخزونات كبيرة من الكربون في المناطق التي لم تكن مجلدة في LGM (الشكل 1أ)، مثل منطقة ييدوما، والتي تراكمت عمومًا خلال العصر الجليدي وتكونت من رواسب مجمدة بشكل دائم، دقيقة الحبيبات، تحتوي على مواد عضوية وغنية بالجليد (ستراوس وآخرون، 2017). يتم دفع تراكم واستمرار الكربون في التربة في هذه المنطقة بواسطة القيود المفروضة على تحلل المواد العضوية في التربة بسبب درجة الحرارة وتشبع التربة، بالإضافة إلى ارتفاع الصقيع المتكرر (التحريك الجليدي) أو ترسيب الرواسب المتكرر، الذي يدمج الكربون من السطح أعمق في ملف التربة (هاردن وآخرون، 2012؛ ستراوس وآخرون، 2017). أدت هذه العمليات إلى وجود مخزونات كبيرة من الكربون في التربة داخل منطقة التربة المتجمدة، مع أفضل التقديرات.
يتراوح من 1,014 ( CI: ) إلى لـ العمق (Hugelius et al., 2014; Mishra et al., 2021) و بما في ذلك العمق ( عمق) رواسب ييدوما، الطمي الدلتاوي، والبيئات (ستراوس وآخرون، 2021). تعتبر الخزانات الأكثر غنى بالكربون في توجد التربة المتجمدة الدائمة في الأراضي الخثية وبعض مناطق التندرا، بشكل أساسي في سهل خليج هدسون، وسهول سيبيريا الغربية، والأجزاء الغربية من الأقاليم الشمالية الغربية، وألبرتا، وكولومبيا البريطانية في كندا، وأجزاء من شمال ألاسكا (الشكل 1ب؛ هوجيليوس وآخرون، 2014؛ تارنوكاي وآخرون، 2009).

تعتبر رواسب الكربون في التربة العميقة من أكثر الخزانات تحديًا في التقدير، ولكن تم نشر تقديرات جديدة مؤخرًا لمناطق الخث ورواسب ييدوما (الشكل 1أ؛ هوجيليوس وآخرون، 2020؛ شتراوس وآخرون، 2021؛ شتراوس وآخرون، 2017). تسلط هذه التقديرات الضوء على الدور الحاسم لرواسب الخث في إجمالي مخزون الكربون في منطقة التربة المتجمدة، بما في ذلك المناطق التي تحتوي على تربة متجمدة وتلك التي لا تحتوي عليها (هوجيليوس وآخرون، 2020). يمكن أن تحمي الخصائص العازلة للخث التربة المتجمدة من الذوبان، مما يؤدي إلى وجود بقع متبقية أو أثرية من التربة المتجمدة في المناظر الطبيعية التي تكون خالية من التربة المتجمدة بخلاف ذلك (شور وجورجنسون، 2007؛ فيت وآخرون، 2000). تخزن الأراضي الخثية الشمالية حوالي في الخث، الذي تقع في الأراضي المستنقعية المتأثرة بالتربة المتجمدة (Hugelius et al., 2020)؛ أظهرت مجموعة بيانات تركيبية لخصائص التربة المتجمدة أن تكوين التربة المتجمدة في الأراضي المستنقعية يمكن أن يعزز أو يقلل من معدلات تراكم الكربون اعتمادًا على خصائص الموقع وتوقيت التكوين (Treat et al., 2016).

يمكن أن تصل رواسب ييدوما إلى سمك يصل إلى عشرات الأمتار وغالبًا ما تحتوي على شقوق جليدية كبيرة متزامنة. اليوم، توجد هذه الرواسب في المناطق التي ظلت غير متجمدة خلال آخر تجمد في سيبيريا وألاسكا ويوكون (الشكل 1أ)، وتحتوي على 115 بيغاغرام من الكربون (95% CI: 83-129 بيغاغرام من الكربون؛ شتراوس وآخرون، 2021). مع رواسب عميقة أخرى في مجال ييدوما مثل الرواسب الذائبة والمجمدة مرة أخرى من العصر الهولوسيني، يحتوي مجال ييدوما على 400 بيغاغرام من الكربون. CI: 327-466 Pg C؛ ستراوس وآخرون، 2017). تعتبر رواسب دلتا القطب الشمالي أيضًا رواسب عميقة (حتى عمق 60 م) وغير متجانسة (H. J. ووكر، 1998) وتُقدّر أنها تخزن حوالي 67 Pg من الكربون العضوي، لكن هذه التقديرات غير مؤكدة بشكل كبير (هوجيليوس وآخرون، 2014). بسبب زيادة تصريف الأنهار، وارتفاع مستوى سطح البحر، وذوبان التربة المتجمدة، قد تتدهور رواسب الطين في دلتا القطب الشمالي وتذوب مما يؤدي إلى إطلاق الكربون المتاح حيويًا إلى المناطق القريبة من ساحل المحيط القطبي أو كـ في الغلاف الجوي (أوفيريم وآخرون، 2022).

تقديرات مخزون الكربون الأرضي الأخيرة لمنطقة التربة المتجمدة قد شملت أكثر من 2700 ملف تربوي، لكن المناطق الشمالية لا تزال تحت العينة مقارنة بالمناطق المعتدلة (ميشرا وآخرون، 2021). بشكل عام، تم تحسين تقديرات مخزون الكربون في منطقة التربة المتجمدة من خلال جهود منسقة لجمع وتنسيق وتلخيص وإنشاء مجموعات بيانات مفتوحة لتوصيفات الملفات التربوية الموجودة (مالهوترا وآخرون، 2019؛ بالمتاج وآخرون، 2022؛ تارنوكاي وآخرون، 2009). يناقش هوجيليوس وآخرون (2014) مصادر عدم اليقين المتبقية في مجموعة بيانات الكربون التربوي لمنطقة التربة المتجمدة، والتي تشمل فجوات مكانية واسعة في روسيا، الدول الاسكندنافية، غرينلاند، سفالبارد وشرق كندا. كما أن المناطق ذات التربة الرقيقة ومخزونات الكربون المنخفضة في القطب الشمالي العالي والمناطق الجبلية لا تزال تحت العينة، مما يساهم في ارتفاع عدم اليقين في رسم خرائط كثافة الكربون بشكل مكاني (ميشرا وآخرون، 2021). تشمل الفجوات البيانية الرئيسية الأخرى رواسب دلتا القطب الشمالي ورواسب الخث المدفونة تحت التربة المعدنية التي حافظت عليها الجليدية والتربة المتجمدة (تريت وآخرون، 2019). لا يزال فهم كيفية تغير مخزونات الكربون التربوي مع الاضطراب موضوعًا مهمًا، بما في ذلك الاستجابة للذوبان التدريجي والفجائي للتربة المتجمدة والتغيرات الهيدرولوجية الناتجة (على سبيل المثال، م. ج. جونز وآخرون، 2017؛ بلازا وآخرون، 2019).

لقد كانت مناطق التربة الصقيعية الشمالية مصدراً صافياً لامتصاص الغازات الجوية ومصدر أصغر من منذ بداية الهولوسين (فروكينغ وروليت، 2007؛ هاردن وآخرون، 1992؛ ليندغرين وآخرون، 2018؛ شي وآخرون، 2020). بشكل عام، تجاوز امتصاص الكربون انبعاثات الكربون، كما يتضح من المخزونات الكبيرة من الكربون في التربة في المنطقة. على مدار العقود الأخيرة (بشكل أساسي من 1990 إلى 2015)، تتراوح تقديرات متوسط تبادل النظام البيئي الأرضي الصافي السنوي (NEE، أي التوازن بين الإنتاجية الأولية الإجمالية (GPP) وتنفس النظام البيئي، ER) من (مصرف الشبكة) إلى (مصدر الشبكة) (بروهويليير وآخرون، 2021؛ مكغواير وآخرون، 2016؛ فيركالا وآخرون، 2021أ؛ واتس وآخرون، 2023)، مع معظم التقديرات الحديثة تتراوح في المتوسط عند (واتس وآخرون، 2023). تطلق الأراضي الرطبة والبحيرات في منطقة التربة المتجمدة ما بين 5.3 و (مصدر صافي)، مع كون معظم التقديرات قريبة من (بروهويليير وآخرون، 2021؛ كريستنسن وآخرون، 2017؛ مكغواير وآخرون، 2012؛ مكينيكول وآخرون، 2023؛ بيلطولا وآخرون، 2019أ). ومع ذلك، كانت المجالات المكانية المدرجة في هذه المراجعات متغيرة وأحيانًا كانت تعتمد على حدود عرضية (على سبيل المثال، ) أو المناطق القطبية الشمالية-التندرا أو المناطق المتجمدة. بالإضافة إلى تبادل الكربون الذي يتم بوساطة النظام البيئي، فإن الانبعاثات المباشرة من حرائق المناطق القطبية الشمالية-التندرا تتراوح بين 100 و
(في المتوسط ) (McGuire وآخرون، 2016؛ van Wees وآخرون، 2022؛ Veraverbeke وآخرون، 2021). التدفقات الجانبية لـ ، والمادة العضوية المذابة من النظم البيئية الأرضية إلى الأنظمة النهرية والبحيرية يمكن أن تشكل جزءًا رئيسيًا من ميزانيات الكربون، تتراوح من إلى من NEE في المناطق التي تحتوي على جليد دائم سليم أو حتى من NEE في المناطق المرتفعة التي تعاني من انزلاق الذوبان (McGuire et al., 2009; Olefeldt et al., 2012; Zolkos et al., 2022). ناقشت المراجعات السابقة التدفقات الجانبية والضوابط على دورة الكربون في الأنظمة المائية في منطقة التربة المتجمدة (Ramage et al., 2023; Tank et al., 2020; Vonk et al., 2015). هنا، نركز على تبادل الكربون في النظام البيئي الأرضي مع الغلاف الجوي.

السنوي تُعزى قدرة الامتصاص إلى النشاط النباتي المكثف خلال مواسم النمو القصيرة نسبيًا (التي تستمر عادةً من 2 إلى 5 أشهر؛ لوند وآخرون، 2010؛ فيركالا وآخرون، 2021أ). ومع ذلك، فإن تراكم الكربون في النظام البيئي الصافي مدفوع بالديناميات تحت الأرض في التربة والكتلة الحيوية بدلاً من التراكم في مخزونات الكربون في الغطاء النباتي فوق الأرض (برادشو وواركينتين، 2015؛ هارتلي وآخرون، 2012؛ شافر وآخرون، 1992). لقد تم تلخيص قوة امتصاص موسم النمو بشكل جيد نسبيًا عبر تدرجات الرطوبة المختلفة والقارات (مكغواير وآخرون، 2012)، والبيئات الحيوية (فيركالا وآخرون، 2021)، وأنواع الغطاء النباتي (راماج وآخرون، 2023). أعلى امتصاص للكربون خلال موسم النمو الصافي يكون في منطقة التربة الصقيعية الشمالية، وخاصة في الغابات الدائمة الخضرة والدردار الدافئة، ويمكن أن يتراوح بين -150 و شهر خلال فترة يونيو-أغسطس (هياما وآخرون، 2021)؛ تُظهر النظم البيئية التندرا التي تهيمن عليها الأعشاب الرطبة إلى المبللة أيضًا امتصاصًا قويًا للكربون خلال موسم النمو يتراوح بين -90 و شهر (سيلس وآخرون، 2017؛ كيتلر وآخرون، 2017؛ بيرك وآخرون، 2017). تتميز الأراضي الخثية بمعدلات منخفضة من صافي امتصاص كل من انخفاض إنتاجية النبات وانخفاض معدلات التحلل بسبب ظروف التربة غير الهوائية (Euskirchen et al., 2014; Frolking et al., 2011)؛ تتراوح معدلات تراكم الكربون الظاهرة على المدى الطويل من 20 إلى ، لكنها أعلى في الخث المتراكم حديثًا وأقل في أراضي الخث في التندرا الصقيعية الشمالية ( ؛ تريت وآخرون، 2016).

تعتبر المناطق القطبية ومناطق التربة المتجمدة مصدرًا صافياً لـ إلى الغلاف الجوي (ماكغواير وآخرون، 2012؛ ساونوايس وآخرون، 2020). انبعاثات الميثان هي صافي الإنتاج في التربة غير الهوائية والأكسدة في التربة الهوائية العليا، والتي يمكن تجاوزها من خلال النقل المدعوم بالنباتات والانفجارات الغازية (كريستنسن وآخرون، 2003؛ ويلان، 2005). يمكن أن تظهر تدفقات الميثان من مناطق التربة المتجمدة أنماطًا مختلفة عن المناطق الخالية من التربة المتجمدة. على عكس المناطق المرتفعة في المناطق المعتدلة التي تعتبر مصارف صافية للغلاف الجوي (Le Mer & Roger, 2001)، يمكن أن تكون المناطق المرتفعة (أي، غير المستنقعية) في التندرا والغابات الشمالية صافية المصادر إلى الغلاف الجوي بسبب الظروف المشبعة بشكل دوري وانبعاثات موسم البرد (هاشمي وآخرون، 2021؛ هياما وآخرون، 2021؛ كوهين وآخرون، 2021ب؛ تريت وآخرون، 2018ب؛ زونا وآخرون، 2016). ومع ذلك، يمكن أن يقوم التندرا المرتفعة أيضًا بأكسدة المزيد من أكثر مما كان يُعتقد سابقًا (يورغنسن وآخرون، 2015؛ أوه وآخرون، 2020؛ فويت وآخرون، 2023)؛ لا يزال من الضروري استكشاف العوامل التي تتحكم في هذه الاختلافات والأثر الصافي. بالنسبة للأراضي الرطبة في التربة المتجمدة، الانبعاثات عادة ما تكون أقل من تلك الموجودة في الأراضي الرطبة الخالية من الجليد الدائم بسبب درجات الحرارة المنخفضة (كون et al.، 2021b؛ أوليفيلدت et al.، 2013؛ تريت et al.، 2018b). علاوة على ذلك، ساعدت البيانات الجوية في الكشف عن مستويات غير متوقعة من انبعاثات من التندرا (ميلر وآخرون، 2016)، بؤر انبعاث عند حواف البحيرات (إلدر وآخرون، 2021)، وانبعاثات جيولوجية قوية في دلتا نهر ماكنزي (كونرت وآخرون، 2017). من المعروف أن بعض بؤر الانبعاثات هي حرارية المنشأ. (كليبر وآخرون، 2023؛ كوهنت وآخرون، 2017؛ والتر أنطوني وآخرون، 2012). لقد استعرضت عدة جهود سابقة جوانب من التدفقات في المناطق الشمالية بما في ذلك المحركات غير الحية الرئيسية مثل درجة الحرارة، وموقع مستوى المياه، والنباتات (Bridgham et al., 2013; Kuhn et al., 2021b; Olefeldt et al., 2013; Segers, 1998; Whalen, 2005)، التفاعلات مع النباتات (Bastviken et al., 2022)، ردود الفعل على المناخ (Dean et al., 2018)، في الأراضي الخثية (Blodau, 2002; Lai, 2009)، معدلات الإنتاج (Schädel et al., 2016; Treat et al., 2015)، وعموماً لمنطقة التربة المتجمدة (Miner et al., 2022).

الأرضي في الموقع و تم تجميع تدفقات في منطقة التربة الصقيعية في ما يقرب من 20 دراسة على مدار العقود الماضية مع امتدادات مكانية متفاوتة (الشكل 2). قام فيركالا وآخرون (2022) بتلخيص الموجود تركيبات التدفق لمنطقة التربة المتجمدة (الجدول 1 في فيركالا وآخرون، 2022؛ الشكل 2ب هنا)، مما يظهر زيادة في قياسات التدفق على مر الزمن في منطقة التربة الصقيعية من مواقع إلى أكثر من 200 موقع في فترة زمنية قصيرة لا تتجاوز الخمسة عشر عامًا. ومع ذلك، فإن هذه الـ 200 موقع ليست جميعها نشطة حاليًا؛ عدد مواقع قياس تباين الإدي التي تعمل و كانت تدفقات الميثان في عام 2022 119 و 45 موقعًا، على التوالي (بالاندت وآخرون، 2022). تم تجميع تدفقات الميثان في 10 دراسات لكل من منطقة التربة المتجمدة وكذلك المناطق الأصغر (الشكل 2، الجدول 2)؛ تشمل التجميعات الحديثة بين 18 (تباين الإدي) و 96 (تباين الإدي + غرف التدفق) مواقع فريدة في منطقة التربة المتجمدة.

دافع رئيسي لهذه التركيبات كان هو قياس و أحجام التدفق ووسائل التحكم بها عبر منطقة التربة الصقيعية. وقد أظهرت التقديرات الأولية أن المناطق القطبية والشمالية هي مصدر مهم لـ إلى

الغلاف الجوي (بارتليت وهاريس، 1993؛ ماثيوز وفونغ، 1987) لكن ظل التوازن في المنطقة أقل يقينًا (تشابين وآخرون، 2000؛ هايز وآخرون، 2022). تشير التقديرات الحديثة في الموقع إلى أن النظام البيئي البوريال داخل منطقة التربة المتجمدة قد عمل كـ غمر على مدى العقدين الماضيين، بينما يبدو أن بيئة التندرا إما محايد أو صغير المصدر، على الرغم من وجود قدر كبير من عدم اليقين المرتبط بهذه النتائج (برادشو وواركينتين، 2015؛ ز.ل. لي وآخرون، 2021؛ ناتالي وآخرون، 2019؛ فيركالا وآخرون، 2021أ). قد تكون بعض أجزاء منطقة التربة المتجمدة، مثل ألاسكا، صافية سنويًا المصادر في كلا البيئتين (كوماني وآخرون، 2017).

القائم لقد أثبتت تخليق الفلوس حجم التدفقات خلال موسم النمو والانبعاثات السنوية لمجموعة واسعة من المواقع والأنظمة البيئية عبر منطقة التربة المتجمدة الشمالية (الشكل 2؛ الجدول 2). تظهر العديد من التحليلات اختلافات كبيرة في الانبعاثات الملحوظة بين فئات الأراضي الرطبة مقارنة بالأراضي المرتفعة (الشكل 3؛ نوكس وآخرون، 2019؛ كوهين وآخرون، 2021ب؛ تريت وآخرون، 2018ب). على وجه التحديد، تحتوي المستنقعات والأراضي الرطبة على انبعاثات أكبر بشكل ملحوظ التدفقات أكثر من المستنقعات الدائمة التجمد (بما في ذلك البالس، وهضاب الخث) والتندرا الجبلية، تتراوح من أكبر إلى أكبر، على التوالي، كما يتضح من ملخصنا الكمي لهذه التركيبات الموضح في الشكل 3. ومع ذلك، تدفقات من مستنقعات التربة الصقيعية الأخرى لا تختلف بشكل كبير عن فئات المستنقعات الأخرى (المستنقعات، الفينز، البوغ)، ولم تكن الفروقات بين البوغ الصقيعي وغير الصقيعي ذات دلالة إحصائية، مما يعني أنه من المهم التقاط تأثيرات كل من التربة الصقيعية (درجة الحرارة/الركيزة) على التدفقات واختلافات الغطاء النباتي، المرتبطة على الأرجح بوجود نباتات هوائية تسهل النقل مقابل الطحالب الطحلبية والشجيرات (باستفيكن وآخرون، 2022).

تظهر الأدلة الناشئة الدور الرئيسي للمواسم غير النامية في فهم السنة السنوية و التوازنات (كوماني وآخرون، 2017؛ ناتالي وآخرون، 2019؛ تريت وآخرون، 2018ب؛ زونا وآخرون، 2016). قد تكون الفصول الانتقالية، وهي الفترات القريبة من موسم النمو (أي، الربيع والخريف)، مهمة بشكل خاص. على سبيل المثال، في الخريف وأوائل الشتاء، غالبًا ما تكون التربة الأعمق قد ذابت على الرغم من تجمد التربة على السطح، مما يعزز تحلل المواد العضوية في التربة الأعمق (والتي قد تكون أقدم) بينما تظل نشاطات النباتات محدودة (أيوسكيرشين وآخرون، 2017؛ بيدرون وآخرون، 2022؛ شور وآخرون، 2009)؛ قد يؤدي زيادة الاتصال مع مسارات المياه الجوفية إلى تعزيز التصدير (هيرست وآخرون، 2023). مع تجمد التربة وذوبانها خلال فترة “الستارة الصفرية” (أوتكال وآخرون، 1990)، يمكن أن تستمر النشاطات الميكروبية بمعدلات منخفضة حتى عندما تكون متوسطات درجات حرارة التربة عند أو أقل من الصفر (كلين وشيميل، 1995؛ أوكويست وآخرون، 2009). يمكن أن تؤدي الانبعاثات التي تحدث خلال هذه الفترة الممتدة إلى تراكم تدفق سنوي كبير، يصل إلى من ER السنوي و الانبعاثات (سيلس وآخرون، 2017؛ هاشمي وآخرون، 2021؛ تريت وآخرون، 2018ب؛ زونا وآخرون، 2016). في بعض المواقع، موسم عدم النمو الانبعاثات التي تعوض أو تتجاوز حاليًا امتصاص موسم النمو تحدد في النهاية التوازن السنوي للكربون (هاشمي وآخرون، 2021؛ ز. ليو وآخرون، 2022؛ واتس وآخرون، 2021). ومع ذلك، فقط حوالي مواقع قياس تدفق الإدي الحالية التي تقيس كلا من و تتغير على مدار السنة؛ هذه المواقع تمثل فقط من المنطقة القطبية الشاملة (Pallandt et al., 2022). تقع معظم هذه المواقع في مناطق أكثر دفئًا، والتي تكون عمومًا أسهل للوصول إليها وصيانتها (شمال اسكندنافيا، ألاسكا،

تم تعريف منطقة التربة المتجمدة كما هو موضح في هذه الورقة من قبل مناطق RECCAP2. لم يكن بالإمكان تقييم ما إذا كانت المواقع المدرجة فريدة، حيث يمكن أن تشمل أرقام المواقع عدة قطع أو تكرارات لسنوات متعددة. عدد من الأراضي الرطبة في القطب الشمالي بدلاً من منطقة RECCAP2 وقد يتضمن تكرارات للمواقع. البحيرات والبرك.

الأجزاء الجنوبية من كندا)، بينما تبقى المناطق الأكثر بعدًا تحت العينة بشكل أقل. إن البحث المستمر حول الديناميات المتغيرة للتجمد والذوبان الموسمي ورطوبة التربة وتأثيراتها على انبعاثات الكربون بعد ذوبان الجليد الدائم أمر حاسم لفهم أعمق لتغذية الكربون من الجليد الدائم.

بالإضافة إلى الاختلافات الإقليمية في ارتفاع درجة حرارة المناخ، قد تؤثر الاختلافات عبر منطقة التربة المتجمدة على تعرض الكربون في التربة المتجمدة للتحلل والإفراج إلى الغلاف الجوي (غوليف وآخرون، 2021؛ يورغنسون وأوستركامب، 2005). تختلف منطقة التربة المتجمدة في خصائص مثل درجة الحرارة، ومدى التربة المتجمدة، ومحتوى الجليد، ودرجة حماية النظام البيئي للتربة المتجمدة (مثل الطبقات العضوية العازلة) (مثل، شور ويورغنسون، 2007). مع التباين في درجة الاحترار الملحوظة والمتوقعة، يجعل هذا بعض المناطق أكثر عرضة لتجربة تدهور واسع النطاق للتربة المتجمدة مقارنة بأخرى (فيوستر وآخرون، 2022؛ أوليفيلدت وآخرون، 2016). كما أن وفرة البحيرات والأراضي الرطبة، وتكوين الغطاء النباتي، ونمو التربة المتجمدة وتاريخ تكوينها، واحتياطيات الكربون في التربة، والجيومورفولوجيا تختلف أيضًا عبر نطاق التربة المتجمدة (مثل، الأقسام 1.2، 1.3)، مما يؤثر على الضوابط على و تدفقات على نطاقات مكانية واسعة.

مع تزايد عدد وتوزيع مواقع القياس عبر نطاق التربة المتجمدة، يمكننا مقارنة مجموعات البيانات المختلفة والنهج عبر المجالات ذات الصلة بالسياسات (الشكل 2) لنرى كيف تختلف شدة واتجاه التدفق (المعلومات الداعمة S1). نقوم بتحليل التباين الإقليمي لـ و تدفقات الكربون باستخدام مجموعات البيانات والنماذج المنشورة مؤخرًا لدراسة الأنماط المكانية العامة في تدفقات الكربون والتقارب عبر مجموعات البيانات والنماذج. يتم اشتقاق تدفقات NEE للنظم البيئية الأرضية من مقارنات النماذج الحديثة المختلفة ومخرجاتها ومجموعات البيانات التركيبية في الموقع (الجدول S1 في المعلومات الداعمة S1)؛ سنويًا تأتي التدفقات من اثنين من التخليق في الموقع (Kuhn et al., 2021b; Treat et al., 2018b) وواحد يعتمد على التوسيع الإحصائي القائم على قياس التباين الدوامي (Peltola et al., 2019a). بالنسبة لأمريكا الشمالية، تشمل المناطق ألاسكا، التندرا الكندية، الغابات الشمالية الغربية في كندا، وشرق كندا. بالنسبة لأوراسيا، تشمل هذه المناطق أوراسيا الغربية، التندرا السيبيرية، شرق سيبيريا، وغرب سيبيريا. يمكن أن تساعد هذه المقاربة الإقليمية في استهداف مناطق جديدة للقياسات بناءً على الفروق الرئيسية التي تشير إلى نقص في الفهم للعمليات الأساسية. لقد قمنا بتقييد هذه البيانات إلى منطقة التربة المتجمدة داخل التندرا الشمالية والبيئات الحيوية الشمالية، مشابهة لمشروع تقييم ودورات الكربون الإقليمي 2 (RECAPP-2) لجهود التربة المتجمدة (Ciais et al., 2022; Hugelius et al., 2023).

تظهر النتائج من مقارنتنا بين مجموعات البيانات والنماذج قوة إقليمية أكبر تغمر في منطقة التربة الصقيعية الجنوبية، بينما صافي أقل الامتصاص أو الصافي تحدث الانبعاثات نحو الشمال (الأشكال 4 و 5).

ملاحظة. يتضمن العمود في الموقع أيضًا عدد المواقع من كامل نطاق التربة المتجمدة والذي يتشابه نسبيًا مع نسبة سنوات القياس الإجمالية في مجموعة البيانات. تم حساب الانحرافات المعيارية لكل سنة ونموذج بشكل منفصل وتمت متوسطة عبر جميع النماذج، وبالتالي تمثل الانحراف المعياري المتوسط حول المتوسط وتصف تباين التدفق المكاني داخل المنطقة. لاحظ أن تقديرات الانعكاس تشمل البحيرة. تتأثر التدفقات أيضًا، ولكن تم إخفاء انبعاثات الوقود الأحفوري، وامتصاص الكربون من الأسمنت، والتدفقات الجانبية، وانبعاثات الحرائق.

هذا النمط الإقليمي في من المحتمل أن تكون التدفقات مرتبطة بدرجة الحرارة، ونظام الإشعاع، وطول موسم النمو، بما يتماشى مع التحليلات السابقة (ماكغواير وآخرون، 2012؛ فيركالا وآخرون، 2021أ). أعلى وسطاء سنويين كانت الأحواض تقع في غرب كندا ) وسيبيريا الغربية ( ) ، وأصغر أحواض في ألاسكا ) والتندرا السيبيرية ( ; الجدول 3). حدثت بعض الفروقات ذات الدلالة الإحصائية بين المناطق التي كانت مصارف قوية ومصارف صغيرة إلى مصادر صافية (الشكل 4؛ ” ). الـ تظهر التخليصات أعلى تدفقات سنوية من التندرا السيبيرية ومناطق أوراسيا الغربية (الشكل 5، الوسيط لكن لم يتم العثور على اختلافات ذات دلالة إحصائية بين المناطق.

الاختلافات الإقليمية في الأراضي الرطبة كانت التدفقات متغيرة بشكل كبير بين دراسات التخليق المعتمدة على الغرف (الشكل 5أ)، حيث تراوحت الوسائط الإقليمية من 1.6 إلى . كانت التغيرات أقل بالنسبة للتكبير القائم على قياس التذبذب ( ). كانت المناطق الأكثر برودة ذات الرواسب الأرق في التندرا الكندية وشرق كندا تميل إلى أن تكون لديها مستويات أقل التدفقات (الأشكال 5أ و 1أ) بينما أعلى سنوي تم العثور على تدفقات في أوراسيا. تم الإبلاغ عن عدد قليل نسبيًا من القياسات السنوية لمناطق هادسون باي المنخفضة وسهول تايغا (كندا) وغرب سيبيريا (الأشكال 2ب و5ب)، موطن أكبر مجمعات الخث في العالم (هوجيليوس وآخرون، 2020). أظهر مقارنة معامل التباين بين مجموعات البيانات متوسطًا قدره 0.29 عبر المناطق مع أفضل توافق في غرب كندا (0.05) وأسوأ في شرق كندا (0.53)، على الرغم من وجود عدد مشابه من الملاحظات. نظرًا لأن تختلف الانبعاثات بشكل كبير بين فئات الأراضي الرطبة (الشكل 3أ)، وقد يكون بعض التباين بين الطرق ناتجًا عن الاختلافات بين أنواع الأراضي الرطبة التي تم قياسها وتجميعها ضمن المناطق (Treat et al., 2018b)، والتي قد تعكس أو لا تعكس توزيع أنواع الأراضي الرطبة عبر المناظر الطبيعية (Kuhn et al., 2021b; Olefeldt et al., 2021).

تظهر هذه المجموعات البيانية أيضًا بعض التحيزات تجاه النقاط الساخنة للكربون: معظم المواقع التي تقيس و التدفقات تكون في الأراضي الرطبة أو النظم البيئية الرطبة-الرطبة ذات المستوى العالي الانبعاثات وارتفاع موسم النمو تغمر (الشكل 3ب؛ فيركالا وآخرون، 2022). تظل النظم البيئية الأكثر جفافًا بما في ذلك الغابات الشمالية، والمناطق ذات الغطاء النباتي القليل، والمناطق الجبلية أقل دراسة (الشكل 3ب؛ بالاندت وآخرون، 2022؛ فيركالا وآخرون، 2022) على الرغم من تغطيتها حوالي. منطقة التربة المتجمدة (Karesdotter et al., 2021; Olefeldt et al., 2021). هذا يحد من قدرتنا على اكتشاف التغيرات في تدفقات الكربون لأن حتى التغيرات الصغيرة في توزيع المواقع (مثل إنشاء مواقع جديدة في بيئات جديدة)، أو المنهجية (مثل الغرف أو الأبراج المجمعة)، وتغطية البيانات يمكن أن تؤثر على متوسط اتجاه التدفقات أو الاتجاهات عندما يتم تجميع البيانات على نطاقات أكبر (Belshe et al., 2013; McGuire et al., 2012).

تقيس غرف التدفق اليدوية بشكل أوسع في منطقة التربة المتجمدة مقارنةً بقياسات التباين الدوامي، ويمكن أن تساعد في تعويض بعض التحيزات المكانية وفجوات البيانات، خاصةً لـ التدفقات (الشكل 2). ومع ذلك، لا تزال هناك عوائق أمام استخدام بيانات الغرف اليدوية في النمذجة بسبب القيود المحدودة في النطاقات المكانية والزمنية للقياسات؛ قد يوفر الترقية الإحصائية بعض الإمكانيات لاستخدام هذه البيانات بشكل أكبر (ناتالي وآخرون، 2019؛ فيركالا وآخرون، 2021أ). يمكن استخدام أبراج متنقلة شبه دائمة أو غرف آلية لتعزيز التغطية المكانية وتكملة شبكة التدفق الحالية لمواقع المراقبة طويلة الأجل (فارني وآخرون، 2022؛ فويت وآخرون، 2023). يمكن توقع تحسينات إضافية في تقديرات التدفق مع ظهور مواقع جديدة.

تمت إضافة بيانات أكثر حداثة إلى المستودعات، وتم تطوير طرق جديدة للاستفادة من مجموعات البيانات المتناثرة والمتباينة الموجودة.

كيف و تغيرت التبادلات على مر الزمن في منطقة التربة المتجمدة الدائمة لا يزال غير معروف. القطبية الدائرية تظهر تحليلات الاتجاهات وجود زيادة في فترة النمو في التندرا (بيلشي وآخرون، 2013)، واتجاه صغير وغير ملحوظ نسبيًا في صافي انبعاثات الكربون خلال فترة عدم النمو في منطقة التربة المتجمدة (ناتالي وآخرون، 2019)، ولكن لا توجد تغييرات واضحة في صافي انبعاثات الكربون السنوية على الرغم من الزيادات في الإنتاجية الأولية ومعدل التنفس في التندرا (بيلشي وآخرون، 2013؛ ز. ل. لي وآخرون، 2021). على المدى الطويل ( -سنة) من قياسات في مواقع التندرا تحت القطبية تظهر اتجاهات متباينة: أحدها يظهر زيادة في صافي الخسارة من (شور وآخرون، 2021)، بينما يظهر الآخر تحسينًا الامتصاص بعد التغيرات في الغطاء النباتي مع ذوبان الجليد الدائم (فارني وآخرون، 2022).

قياسات طويلة الأمد لـ تدفقات الغازات نادرة (كريستنسن وآخرون، 2017؛ بالاندت وآخرون، 2022) ولكن تم إظهار أن أحجام التدفقات في مواقع معينة قد زادت في موقعين من التربة المتجمدة في أوراسيا على مدى العقود الماضية (رؤسجر وآخرون، 2022؛ فارنر وآخرون، 2022). ومع ذلك، في أمريكا الشمالية، لم تجد تحليل تحسينات التركيز في منحدر ألاسكا الشمالي أي تغيير في مقدار التدفق على مر الزمن (سوييني وآخرون، 2016). وبالمثل، لم يكن هناك اتجاه خلال 10 سنوات من قياس التدفق في مستنقع في داخل ألاسكا (Olefeldt et al., 2017). للأسف، كثافة البيانات في لم تكن مجموعات البيانات المجمعة هنا كافية لاكتشاف الاتجاهات في الانبعاثات (على سبيل المثال، باسو وآخرون، 2022) أو الاستجابة للظروف الدافئة والرطبة إقليمياً التي قد تعزز الأراضي الرطبة. الانبعاثات بالقدر الذي تؤثر به على الغلاف الجوي العالمي التركيزات (بينغ وآخرون، 2022). هناك حاجة إلى قياسات طويلة الأجل إضافية لتحديد ما إذا كانت الاتجاهات تحدث في ظل خلفية من التباين بين السنوات والعمليات المحلية (هياما وآخرون، 2021). تجميع للسجلات الطويلة الأجل المحدودة لـ و سيكون التبادل عبر مواقع متعددة ضمن نطاق التربة المتجمدة ذا قيمة.

فهم الاتجاهات في تدفقات الكربون يمثل تحديًا، لأن الاحترار المناخي يؤثر على توقيت وخصائص الموسم في نظم التربة المتجمدة، مما يؤدي إلى تفاعلات معقدة مع الضوابط البيئية على دورة الكربون. تؤدي درجات حرارة الهواء الأكثر دفئًا في فصل الشتاء ومواسم الانتقال إلى زيادة مدة ذوبان التربة (Farquharson et al., 2022; Y. Kim et al., 2012)، مما يطيل مدة النشاط الميكروبي في التربة ويؤثر على تدفقات الموسم البارد كما تم مناقشته أعلاه. يعتبر توقيت ذوبان الثلوج وبداية موسم النمو من الضوابط الرئيسية لتدفق الكربون الصافي خلال موسم النمو (Bellisario et al., 1998; Groendahl et al., 2007)؛ وقد انتقل توقيت هذه الأحداث إلى وقت أبكر في العقود الأخيرة (Xu et al., 2018). هناك بعض الأدلة على أن إطالة موسم النمو تزيد من مصارف الكربون خلال موسم النمو بسبب زيادة امتصاص النباتات للكربون وزيادة الكتلة الحيوية للنباتات (Belshe et al., 2013; Bruhwiler et al., 2021). ومع ذلك، يبدو أن التفاعلات مع الرطوبة هي عامل حاسم في تحديد صافي امتصاص الكربون خلال موسم النمو. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي درجات الحرارة الأكثر دفئًا في ذروة موسم النمو إلى زيادة صافي امتصاص الكربون في الصيف من خلال تعزيز عملية التمثيل الضوئي، ولكن الاحترار أيضًا يزيد من التبخر والنتح، مما يقلل من رطوبة التربة المتاحة وقد يزيد من انبعاثات الكربون (J. Kim et al., 2021). علاوة على ذلك، بينما قد يعزز ذوبان الثلوج المبكر من صافي امتصاص الكربون في بداية موسم النمو، فإن الظروف الجافة والدافئة الناتجة عن ذوبان الثلوج المبكر قد تزيد من تأثير النظام البيئي. الخسائر خلال موسم النمو المتأخر (بيلشي وآخرون، 2013؛ هيلبيغ وآخرون، 2022). هناك حاجة إلى مزيد من الملاحظات وتعزيز الروابط بين العمليات البيوفيزيائية والنباتات ودورات الكربون.

ذوبان التربة المتجمدة والتغذيات الكربونية المرتبطة به تم دراستها بشكل متزايد (شور وآخرون، 2022؛ سيوبرغ وآخرون، 2020؛ فيركالا وآخرون، 2018)، سواء كان ذلك ذوبانًا تدريجيًا أو ذوبانًا مفاجئًا. تشير الدراسات على مستوى المواقع إلى أن و يمكن أن تكون الانبعاثات مرتبطة بشكل إيجابي قوي بعمق الطبقة النشطة بسبب تأثيرات ارتفاع درجة حرارة التربة على النشاط الميكروبي، لذا فإن الذوبان التدريجي للتربة المتجمدة الذي يعمق الطبقة النشطة للتربة يؤدي إلى زيادة انبعاثات الكربون (سيلس وآخرون، 2017؛ جاليرا وآخرون، 2023). قد تتجاوز تقديرات فقدان الكربون من الذوبان المفاجئ تلك الناتجة عن تعميق الطبقة النشطة، لكنها غير مؤكدة بشكل كبير (إيستوب-أراجونيس وآخرون، 2020؛ زولكوس وآخرون، 2022). على سبيل المثال، كان هناك أقل من عشرة دراسات على مستوى الموقع متاحة للاستخدام في تقدير ميزانية غازات الدفيئة المستندة إلى البيانات الحالية والتي أظهرت أن المناطق المتأثرة بالذوبان المفاجئ كانت مصدرًا صافياً للانبعاثات من و (راماج وآخرون، 2023؛ توريتسكي وآخرون، 2020)؛ تمثل الشكوك الكبيرة التوزيع المكاني المحتمل لمناطق الذوبان المفاجئ التي تم قياسها فقط في مناطق محدودة (نيتزه وآخرون، 2018). حسب علمنا، فإن المواقع الأرضية التي تشهد ذوبانًا مفاجئًا والتي تم قياسها على مدى عدة سنوات أو تقتصر التدفقات على النظم البيئية العشبية الرطبة في ألاسكا (شور وآخرون، 2021)، والتنوب الأسود الشمالي.
السهول المنخفضة في كندا وألاسكا (Euskirchen وآخرون، 2017؛ Helbig وآخرون، 2017)، والانهيارات الأرضية من فنلندا (Varner وآخرون، 2022). ومع ذلك، فإن شبكة المواقع الحالية تفتقر إلى الانهيارات الناتجة عن الذوبان، والخنادق، والانفصالات في الطبقة النشطة (Cassidy وآخرون، 2016) التي تغطي من المناطق المتأثرة بالذوبان المفاجئ؛ يُقدّر أن يؤثر الذوبان المفاجئ بشكل عام من منطقة التربة المتجمدة بشكل عام (راماج وآخرون، 2023). تسبب ذوبان التربة المتجمدة التدريجي والمفاجئ تغييرات في الهيدرولوجيا، مما يزيد غالبًا من رطوبة التربة و/أو مساحة البحيرات، وبالتالي يزيد غالبًا من الانبعاثات (هيلبج وآخرون، 2017؛ مينر وآخرون، 2022؛ فارنر وآخرون، 2022). العديد من المواقع التي تم ملاحظتها تعاني من ذوبان الجليد الدائم بشكل تدريجي أو مفاجئ هي حالياً مصادر صافية للكربون إلى الغلاف الجوي (يوسيكيرشن وآخرون، 2017؛ شوار وآخرون، 2021)؛ تاريخياً، انتقلت بعض المواقع مرة أخرى إلى تخزين قرون إلى آلاف السنين بعد ذوبان التربة الصقيعية (M. C. Jones وآخرون، 2017؛ والتر أنتوني وآخرون، 2014) ولكن من غير الواضح ما إذا كان يمكن توقع ذلك في القرون القادمة إذا استمرت درجات الحرارة في الارتفاع (M. C. Jones وآخرون، 2023).

تؤدي ظاهرة الاحترار إلى زيادة حجم ومدى وشدة الاضطرابات الأخرى في منطقة التربة المتجمدة، بما في ذلك حرائق الغابات، وتفشي الحشرات، والفيضانات، والجفاف (Foster et al., 2022; Meredith et al., 2019). يمكن أن تؤثر هذه الاضطرابات على دورة الكربون بشكل مباشر من خلال، على سبيل المثال، انبعاثات الكربون الناتجة عن احتراق الحرائق، وبشكل غير مباشر، من خلال تغيير الظروف البيئية التي تتحكم في تدفقات الكربون، مثل رطوبة التربة، ودرجة الحرارة، وتوفر الضوء، وتكوين الأنواع. لقد زاد مدى وشدة حرائق الغابات في العقود الماضية (M. W. Jones et al., 2022)؛ يمكن أن تؤثر التغيرات الناتجة عن حرائق الغابات على الغطاء النباتي والتربة على استقرار التربة المتجمدة (Holloway et al., 2020)، مما قد يؤدي إلى تأثيرات مركبة على دورة الكربون في النظام البيئي (Harden et al., 2006; X.-Y. Li et al., 2021; Mack et al., 2021). الوقت المطلوب لتراكم الكربون بعد الحريق لتعويض انبعاثات الكربون الناتجة عن حرائق الغابات يستغرق عقودًا ولا يزال سؤالًا مفتوحًا (Mack et al., 2021; Ueyama et al., 2019; X. J. Walker et al., 2019). بالإضافة إلى ذلك، فإن حرائق الشتاء تغير بشكل جذري ديناميات الحرائق وتسارع موسم الحرائق (Scholten et al., 2021). قد تكون آثار تفشي الحشرات شديدة خلال التفشي، لكن زيادة امتصاص الكربون خلال السنوات التالية يمكن أن تعوض عن الخسائر السابقة (Lund et al., 2017; Ruess et al., 2021). قد تحدث ديناميات مشابهة مع الأحداث الجوية المتطرفة مثل الجفاف، والفيضانات، ونقص الثلوج، لكن التأثيرات غير واضحة (Olefeldt et al., 2017; Treharne et al., 2019). التفاعلات بين التربة المتجمدة، والأنواع العاشبة الكبيرة، وكربون التربة هي مجال مثير للاهتمام للبحث، ومع ذلك، فإن إدخال الأنواع العاشبة الكبيرة من غير المرجح أن يوقف زيادة انبعاثات الكربون الناتجة عن ذوبان التربة المتجمدة على نطاق دائري قطبي (Zimov et al., 2009). كما أن زيادة الوجود البشري تؤثر أيضًا على الأراضي القطبية (Friedrich et al., 2022)، لكن القليل من المعلومات متاحة حول التأثيرات على الانبعاثات مثل زيادة الانبعاثات الهاربة. انبعاثات (مثل، البنية التحتية المتسربة؛ كلوترز وآخرون، 2023)، انبعاثات تغيير استخدام الأراضي (ستراك وآخرون، 2019)، أو آثار التفاعلات بين تغيير استخدام الأراضي وذوبان الجليد الدائم (وارد جونز وآخرون، 2022). بشكل عام، يتطلب تحسين الفهم أساليب جديدة متعددة التخصصات لفهم حجم هذه العمليات عبر نطاق الجليد الدائم بأكمله.

نماذج دورة الكربون من الأسفل إلى الأعلى، أي نماذج العمليات الميكانيكية، والأساليب الإحصائية والمعتمدة على التعلم الآلي للتوسع، والنماذج من الأعلى إلى الأسفل (الانعكاسات الجوية) هي أدوات حاسمة لتقدير ميزانيات الكربون في مناطق التربة المتجمدة. تُستخدم نماذج العمليات على نطاق واسع لاستقراء وتوقع تدفقات الكربون في الماضي والمستقبل (Koven et al., 2015; Lawrence et al., 2012; McGuire et al., 2016, 2018b) لأنها تمثل الفهم الميكانيكي للعمليات على مقاييس مختلفة. في سياق ميزانيات الكربون في المناطق القطبية الشمالية، يمكن استخدام نماذج سطح الأرض (LSMs) ذات التعقيد المتنوع لتمثيل العمليات ذات الصلة، مثل الغطاء النباتي الديناميكي وكربون التربة المتجمدة. يمكن تضمين هذه النماذج ضمن نموذج نظام الأرض (ESM) أو تشغيلها بشكل مستقل باستخدام بيانات الأرصاد الجوية. تحاكي نماذج ESM التفاعلات المترابطة والديناميكية بين نظام مناخ الأرض من المحيطات والغلاف الجوي والغلاف الجليدي وسطح الأرض، ويمكن أن تشمل ردود الفعل من سطح الأرض على الغلاف الجوي (Fisher et al., 2014). بالإضافة إلى نماذج العمليات الفردية، كانت التعاونيات البحثية المنسقة التي تسهل المقارنات الكبيرة بين النماذج والفرق (MIPs) أساسية في استكشاف ميزانيات الكربون، وتوجد العديد من دراسات المقارنة بين نماذج العمليات لمنطقة التربة المتجمدة بالإضافة إلى نماذج العمليات الفردية (McGuire et al., 2012, 2016, 2018b).

لقد استخدمت بعض الدراسات الشاملة في القطب الشمالي نماذج إحصائية ونماذج تعلم الآلة لتوسيع نطاق تدفقات الكربون الحالية أو الحديثة بدقة مكانية عالية عبر مجالات أكبر أو دقة زمنية أعلى (جونغ وآخرون، 2020؛ ماكنيكول وآخرون، 2023؛ ناتالي وآخرون، 2019؛ بيلتولا وآخرون، 2019أ؛ فيركالا وآخرون، 2021أ). كانت الأساليب السابقة غالبًا ما تستخدم توسيعًا تجريبيًا أبسط لقياسات التدفق (على سبيل المثال، بارتليت وهاريس، 1993). يمكن أن تكون هذه الأنواع من النماذج مرنة مع بيانات المحركات، وبالتالي يمكن دمج مجموعات بيانات جديدة بسهولة، لكنها تملك قدرة تنبؤية محدودة؛ هنا، البيانات
قد تكون أنظمة الاستيعاب مثل نموذج بيانات الكربون (CARDAMOM) التي تدمج مصادر بيانات متنوعة مع نماذج عمليات أقل تعقيدًا حلاً لتوقعات أفضل (لوبيز-بلانكو وآخرون، 2019؛ ي. ك. لو وآخرون، 2012). بالإضافة إلى ذلك، فإن نماذج الانعكاس الجوي من الأعلى إلى الأسفل مقيدة بالبيانات الجوية حيث ترتبط تغييرات التركيز بالتدفق والنقل الجوي وغالبًا ما تكون أقل دقة من النهج من الأسفل إلى الأعلى (بروهويلي وآخرون، 2021؛ بيرن وآخرون، 2023؛ ز. ليو وآخرون، 2022).

تستخدم نماذج القاع إلى القمة والقمة إلى القاع لأغراض مختلفة ولها نقاط قوة وقيود مختلفة. لا يزال توسيع التدفق باستخدام الأساليب الإحصائية وتعلم الآلة مجالًا جديدًا نسبيًا وقد تم استخدامه فقط في عدد قليل من الدراسات عبر القطب الشمالي؛ قد لا تكون المقارنات بين النماذج ممكنة بعد وقد تكون محدودة بعدد المواقع عبر القطب الشمالي. تم استخدام الانعكاسات في دراسات تدفق مناطق التربة المتجمدة لأكثر من عقد من الزمان، لكن عدد المقارنات بين الانعكاسات لا يزال منخفضًا نسبيًا، والملاحظات الجوية في هذا المجال نادرة (Bruhwiler et al., 2021; Z. Liu et al., 2022; McGuire et al., 2012). باختصار، تكمل الأساليب من القاع إلى القمة ومن القمة إلى القاع بعضها البعض وهي مهمة لتوقع أنماط انبعاث الكربون وامتصاصه عبر منطقة التربة المتجمدة.

هنا قمنا بمقارنة مقادير NEE بين النمذجة المعتمدة على العمليات، ونمذجة الانعكاس، والتكبير الإحصائي لبيانات الموقع للمنطقة المستخدمة في التحليل السابق (المعلومات الداعمة S1، الجدول 1). تشمل النماذج نتائج من المرحلة السادسة من مقارنة النماذج المتصلة (CMIP6) التي تم تقييمها لتقرير IPCC AR6 (كاناديل وآخرون، 2021؛ IPCC، 2021)، ومشروع مقارنة تأثير النماذج بين القطاعات (ISIMIP)، الذي يوفر عمليات تاريخية وتوقعات عبر القرن الحادي والعشرين باستخدام بيانات قيادة مختلفة (لانج، 2019)؛ تشمل مشاريع المقارنة الأخرى التي لم يتم تناولها هنا مشروع دورة الكربون المناخي المتصل (C4MIP؛ كاناديل وآخرون، 2021)، ومشروع TRENDY (فريدلينغشتاين وآخرون، 2022؛ سيتش وآخرون، 2015)، ومشروع مقارنة النماذج الأرضية متعددة المقاييس (MsTMIP؛ هانتزينجر وآخرون، 2020).

بشكل عام، كانت النماذج والبيانات الميدانية تتفق إلى حد ما في تقديرات NEE الإقليمية، حيث كانت العديد من الأساليب في كل منطقة تتفق على إشارة NEE (أي، صافي الامتصاص أو المصدر). ومع ذلك، كانت الفروق في NEE بين الأساليب لا تزال مرتفعة نسبيًا، مع نطاق متوسط لتقديرات NEE السنوية من (الأشكال 4 و 6). تم العثور على أفضل توافق في متوسط NEE في التندرا السيبيرية وشرق كندا، والتي كانت صغيرة إلى متوسطة. المصارف، على التوالي (الشكل 4). كان هذا غير متوقع، لأن هذه أيضًا مناطق تتمتع بتغطية بيانات تدفق منخفضة (الجدول 3). تم العثور على أكبر تباين في متوسط NEE في سيبيريا الغربية حيث أظهرت نماذج ISIMIP ونماذج الانعكاس قوة أكبر بكثير ( متوسط الامتصاص أقل من الأساليب الأخرى؛ تظهر التحليلات الحديثة للاستشعار عن بُعد انخفاضًا في قوة الامتصاص في سيبيريا نتيجة للاضطرابات (Fan et al., 2023). بينما يعود جزء من هذا الاختلاف ببساطة إلى التدفقات العالية بشكل عام في هذه المنطقة التي تهيمن عليها الغابات، فإن القياسات الجديدة والفهم على مستوى العمليات لتأثيرات الاضطراب في هذا المجال أمران حاسمان لحل هذه القضية.

تم العثور على أكبر الفروق بين الأساليب بين نماذج ISIMIP والتقديرات الميدانية و/أو المرفوعة (على سبيل المثال، في ألاسكا والتندرا السيبيرية؛ الأشكال 4 و6). قد يشير هذا إلى أن نماذج LSMs في ISIMIP تقلل من التقديرات. الانبعاثات في هذه المنطقة، على افتراض أن التقديرات المعتمدة على القياسات في الموقع موثوقة وتمثل كل منطقة (الشكل 4). تظهر نماذج CMIP6 ESMs قوة امتصاص أضعف من كل من نماذج ISIMIP LSMs والانقلابات (كلاهما بمتوسط حوالي (أضعف)، والذي قد يكون مرتبطًا بنماذج CMIP6 التي تقدر قوة امتصاص الكربون في منطقة التربة المتجمدة بشكل غير كافٍ (انظر القسم 3.3). بينما يمكن للمرء أن يفترض أن المتوسطات المستندة إلى البيانات في الموقع والتوسيع توفر التقديرات الأكثر دقة لأنها تدمج البيانات الحديثة، إلا أنها تعاني أيضًا من فجوات بيانات شديدة وبالتالي عدم اليقين في الاستقراء في بعض المناطق (انظر القسم 2.2). بشكل عام، تسلط التباين بين الأساليب الضوء على الحاجة إلى كل من البيانات الإضافية وتطوير النماذج التنبؤية كما تم مناقشته في التحديات الرئيسية أدناه.

لقد حسنت نماذج المحاكاة الأرضية تمثيلها للتربة المتجمدة على مر السنين، على سبيل المثال، من خلال محاكاة الخصائص الحرارية والهيدروليكية للتربة بشكل واقعي، بما في ذلك تغير حالة مياه التربة، ومن خلال أخذ تأثيرات العزل للطحالب وغطاء الثلج في الاعتبار (تشادبورن وآخرون، 2015؛ إكيجي وآخرون، 2014؛ نيكولسكي وآخرون، 2007). على الرغم من هذه التقدمات المهمة في مخططات سطح الأرض، لا تزال نماذج النظام البيئي المناخي CMIP6 المدرجة في أحدث تقرير للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ تمثل عمليات دورة الكربون في المناطق ذات العرض العالي بشكل محدود. في مجموعة نماذج CMIP6، تم تقدير مخزونات الكربون في التربة عبر منطقة التربة المتجمدة بشكل كبير (فارني وآخرون، 2022)، على الأرجح

مما يؤدي إلى تقدير غير دقيق لإمكانات التغذية المرتدة المناخية من هذه التربة المتجمدة. فقط نموذجين من نماذج CMIP6 شملوا تمثيل الكربون في التربة تحت الصقيع (CESM وNorESM)، مما حسن تقديرات مخزونات الكربون في منطقة التربة تحت الصقيع. قد يكون الوقت القصير نسبيًا لبدء تشغيل بعض النماذج (على مدى قرون) مقارنةً بالوقت البطيء لتراكم الكربون تحت الصقيع على مدى آلاف السنين – خاصةً بالنسبة لرواسب ييدوما الغنية بالكربون من العصر الجليدي (Lindgren et al., 2018) والأراضي الخثية من العصر الهولوسيني (Yu et al., 2010) – أحد الأسباب وراء هذا التقدير غير الدقيق (Huntzinger et al., 2020; Schwalm et al., 2019). بدلاً من ذلك، قد تكون التمثيلات غير الدقيقة لتغطية النباتات والمشتقات النباتية وقد تكون مدخلات المغذيات إلى التربة مسؤولة أيضًا عن انخفاض مخزونات الكربون في التربة (فارني وآخرون، 2022). نظرًا للدور المهم لمخزونات الكربون في التربة في ردود الفعل المتعلقة بالكربون في التربة المتجمدة، فضلاً عن الإمكانية لتراكم الكربون في التربة مع ذوبان التربة المتجمدة (تريت وآخرون، 2021)، من الضروري محاكاة مخزونات الكربون في التربة وكذلك إظهار الإمكانية لتراكم وفقدان الكربون في التربة.

تعتبر ديناميات الغطاء النباتي أمرًا حيويًا أيضًا لنمذجة ديناميات التربة المتجمدة، لكن العديد من نماذج الغطاء النباتي العالمية الديناميكية (DGVMs؛ نوع من نماذج سطح الأرض التي تتناول سلوك وتغيرات الغطاء النباتي) تم تطويرها في الأصل لتمثيل البيئات الحيوية في خطوط العرض المنخفضة حيث تفتقر الظروف الشتوية القاسية (Bruhwiler et al., 2021; Lambert et al., 2022). يُعزى الاختلاف الكبير بين النماذج التي تتنبأ بتوازن الكربون المستقبلي في منطقة التربة المتجمدة إلى عدم اليقين بشأن ما إذا كانت إنتاجية النباتات وامتصاص الكربون من النظام البيئي اللاحق سيتعوضان عن إطلاق الكربون من التربة المتجمدة (McGuire et al., 2018b). كانت إحدى القيود في نماذج CMIP6 هي أن القليل منها فقط شمل ديناميات الغطاء النباتي (Canadell et al., 2021)؛ تلك التي فعلت ذلك قامت بمحاكاة الأعشاب القطبية بدلاً من الشجيرات القزمة وعانت من صعوبة في محاكاة الاتجاهات الموسمية لمؤشر مساحة الأوراق (LAI؛ Song et al., 2021). بالإضافة إلى ذلك، فإن أخذ قيود المغذيات في الاعتبار أمر ضروري لتجنب استجابة نباتية قوية بشكل غير واقعي لـ التخصيب (زايل وآخرون، 2015)، ولكن من بين 11 نموذجًا لدورة الكربون الأرضية المستخدمة في نماذج المحاكاة المناخية CMIP6، شمل ستة فقط دورة النيتروجين (كاناديل وآخرون، 2021).

تظل توقعات نماذج المستقبل غير مؤكدة للغاية بشأن ما إذا كانت منطقة التربة المتجمدة ستعمل كمصدر أو مصب للكربون (Braghiere et al.، 2023). بالإضافة إلى التحديات المتعلقة بالتربة والنباتات، فإن نماذج المحاكاة الأرضية الحالية تفتقر إلى القدرة على
محاكاة التغيرات المفاجئة بعد الاضطرابات. بينما شملت خمسة من 11 نموذجًا من نماذج دورة الكربون الأرضية المستخدمة في نماذج المناخ العالمية CMIP6 محاكاة الحرائق، لم يتضمن أي منها تفاعلات الكربون الناتجة عن الحرائق والتربة المتجمدة (Canadell et al., 2021). كما أن عمليات التيرموكارست غائبة على الرغم من أنه يمكن تمثيلها إلى حد ما في نماذج الأرض (N. D. Smith et al., 2022). يمكن أن تؤثر الاضطرابات المحددة للنباتات مثل تفشي الحشرات، وأضرار الصقيع، والجفاف على توازن الكربون (Reichstein et al., 2013)، ولكن ينبغي أن تكون تحسينات ديناميات النباتات أولوية. علاوة على ذلك، فإن مساهمة الأراضي الخثية، والأنظمة المائية الداخلية، وتدفقات الكربون الجانبية بين الأنظمة الأرضية والمائية غير مدرجة في نماذج CMIP6 ولكنها مدرجة في دراسات النمذجة الإقليمية لتدفقات الكربون في منطقة التربة المتجمدة (Chaudhary et al., 2020; Kicklighter et al., 2013; Lyu et al., 2018; McGuire et al., 2018a). إن التمثيل المحدود للعمليات يعود إلى تعقيدها بالإضافة إلى نقص الملاحظات التي تدمج التفاعلات بين الأنظمة الأرضية والمائية (Vonk et al., 2019). بشكل عام، يجب أن يكون التركيز الرئيسي في تطوير النماذج المستقبلية على الإمكانية المحتملة لاحتجاز الكربون في الأراضي الخثية والتربة الأخرى (Treat et al., 2021)، والاضطرابات المحددة في المناطق الأخرى مثل ذوبان التربة المتجمدة المفاجئ (Turetsky et al., 2020) لتحقيق تقدير أكثر دقة لتغذية الكربون في التربة المتجمدة.

التقدم في نمذجة الأراضي الرطبة تم إجراء دراسات حول التدفقات في المناطق ذات العرض العالي على مدى العقود الماضية (شياوفينغ شو، يوان، وآخرون، 2016). تشير التحقق على مستوى الموقع من نماذج المحاكاة القائمة على العمليات إلى أن النماذج تلتقط عمومًا الأراضي الرطبة. تظهر التغيرات بشكل جيد على المقاييس الزمنية الموسمية والأطول، ولكنها تؤدي بشكل سيء على المقاييس الزمنية الأقصر (<15 يومًا؛ زين زانغ وآخرون، 2023). تُظهر مقارنات النماذج بالبيانات بعض المشكلات المتعلقة بالموسمية، بما في ذلك التقدير المنخفض بشكل كبير لفترة غير موسم النمو (أكتوبر-أبريل). الانبعاثات بنسبة تصل إلى ثلثين (إيتو وآخرون، 2023؛ ميلر وآخرون، 2016؛ تريت وآخرون، 2018ب؛ شيان شيو، يوان، وآخرون، 2016). ومع ذلك، فإن هذه الجهود في دمج البيانات والنماذج تبرز أن الأراضي الرطبة في المناطق القطبية الشمالية-التندرا تُلتقط العمليات بشكل أفضل من تلك الموجودة في الأراضي الرطبة الاستوائية (Delwiche et al.، 2021؛ McNicol et al.، 2023؛ Zhen Zhang et al.، 2023).

لا تزال نماذج تدفق الميثان تواجه تحديات وعدم يقين، لا سيما في تحديد مدى الأراضي الرطبة في الماضي والحاضر (بلوم وآخرون، 2017؛ بيلتولا وآخرون، 2019أ؛ ساونوايس وآخرون، 2020)، والتقاط التباين المكاني والزماني للنظم البيئية للأراضي الرطبة من حيث رطوبة التربة، وتغيرات الفيضانات، بما في ذلك مجتمعات النباتات، وتوقع آثار ذوبان التربة المتجمدة على الديناميات (Koven et al., 2011, 2015). تضيف هذه العوامل عدم اليقين إلى توسيع تدفق البيانات المدفوعة بالبيانات والانقلابات الجوية من خلال افتراضات تدفق مسبقة (Bruhwiler et al., 2021; Peltola et al., 2019a; Saunois et al., 2020). ومع ذلك، فإن التحسينات في خرائط الأراضي الرطبة الحديثة في قاعدة بيانات بحيرات الأراضي الرطبة في المناطق الباردة القطبية (BAWLD) ومنطقة الأراضي الرطبة والديناميات لنمذجة الميثان (WAD2M) واعدة (Olefeldt et al., 2021; Z. Zhang et al., 2021). لقد أنتجت المقارنات بين النماذج خرائط مهمة وتقديرات ميزانية لـ تدفقات ولكنها نادرة نسبيًا لـ (بلوم وآخرون، 2017؛ كولير وآخرون، 2018؛ إيتو وآخرون، 2023؛ ميلتون وآخرون، 2013)، ويجب أن يتم ذلك مع تطوير المزيد من النماذج. كما تبقى التحديات قائمة في نمذجة ركوب الدراجات خارج حدود الأراضي الرطبة، وخاصة في المناطق المرتفعة والبحيرات. تغطي المناطق المرتفعة ما يقرب من من منطقة التربة الصقيعية ويمكن أن تكون سنوية المصادر (Zona وآخرون، 2016) والمصارف (Oh وآخرون، 2020؛ Voigt وآخرون، 2023). تتمتع الأراضي الرطبة والبحيرات بخصائص مختلفة الانبعاثات والعمليات (Kuhn et al., 2021b; Wik et al., 2016)، ولكن تمييز هذه الأشكال الأرضية في الملاحظات وصور الاستشعار عن بعد يمكن أن يكون صعبًا، مما يؤدي إلى احتمال احتساب مزدوج لمصادر الانبعاثات (Thornton et al., 2016). تم استخدام نمذجة العمليات الهجينة مع بيانات الاستشعار عن بعد وبيانات تباين الدوامة لتقدير الأراضي الرطبة تتدفق بدقة نسبية (واتس وآخرون، 2023)، والتي تأخذ في الاعتبار عوامل مهمة مثل رطوبة التربة، ودرجة الحرارة، وخصائص الغطاء النباتي، والديناميات الهيدرولوجية لتقدير الأراضي الرطبة التدفقات.

تعد نماذج تجميع الانقلاب الجوي جزءًا أساسيًا من تحديد العالمية و تجمع الميزانيات المصادر الطبيعية الأرضية والمائية بالإضافة إلى المصادر البشرية عبر مجالات واسعة (Friedlingstein et al., 2022; Saunois et al., 2020). وقد تم استخدام الفرق الكاملة بشكل أقل تكرارًا في منطقة التربة المتجمدة حيث يوجد انتشار كبير للنماذج في الانعكاسات الجوية. و التدفقات الناتجة عن نماذج النقل المختلفة، والافتراضات، والملاحظات (بروهويلي وآخرون، 2021؛ ز. ليو وآخرون، 2022). ومع ذلك، فإن النماذج تتطور بسرعة. على سبيل المثال، يتم استخدام بيانات الطائرات والمركبات الفضائية بشكل أكثر شمولاً لتحديد التقديرات السابقة للانعكاسات (بيرن وآخرون، 2023؛ تسوروتا وآخرون، 2023). على الرغم من أنها واعدة، إلا أن الملاحظات الفضائية المستندة إلى الاستشعار عن بعد البصري لا تزال تواجه بعض القيود في التطبيق خلال شتاء القطب الشمالي ومع وجود غطاء سحابي مستمر. يجب أن تُجرى تحسينات نحو خرائط أفضل لظروف السطح لتحديد مجالات تدفق السطح بشكل أفضل (مثل توزيع الأراضي الرطبة)، وتوسيع شبكة الأبراج العالية للحصول على بيانات أفضل عن نسبة الخلط والبيانات النظيرية (باسو وآخرون، 2022)، واختبارات حساسية شاملة تتعلق بنمذجة النقل لفهم الظروف الخاصة بالقطب الشمالي (مثل تأثير الدوامة القطبية والطبقات الحدودية الضحلة والثابتة). إن التكرارات الإضافية بين النمذجة من الأعلى إلى الأسفل ومن الأسفل إلى الأعلى، المستندة إلى البيانات الملاحظة والمقيدة بها، لديها إمكانات قوية لحل التناقضات في
ميزانيات الكربون في التربة المتجمدة (Commane et al., 2017; Elder et al., 2021; Miller et al., 2016)؛ ستساعد التطورات في أنظمة تقييم النماذج ودمج البيانات أيضًا في تعزيز الفهم وتحسين التقديرات (Collier et al., 2018; Y. Q. Luo et al., 2012; Stofferahn et al., 2019).

تسلط هذه المراجعة الضوء على التقدم الكبير في علم دورة الكربون في التربة المتجمدة منذ الخرائط المبكرة للتربة المتجمدة وتلخيصات تدفقات الكربون (الجدولان 1 و 2). تشمل التقدمات المنهجية الرئيسية الأخيرة منتجات بيانات جغرافية جديدة تصف ظروف التربة المتجمدة وكربون التربة، وسجلات شبه مستمرة من و التدفقات من أبراج التباين الدوامي عبر منطقة التربة المتجمدة، وإدماج الخصائص المتعلقة بالتربة المتجمدة في نماذج متعددة تعتمد على العمليات والتعلم الآلي يمكن استخدامها لمحاكاة و التدفقات. ظهرت أيضًا عدة مواضيع بحثية جديدة رئيسية. تلعب انبعاثات موسم عدم النمو دورًا أكبر في توازن الكربون السنوي مما كان يُعتقد سابقًا، وخاصة في المناخ الأكثر دفئًا. تعتبر التحولات في الغطاء النباتي وزيادة الإنتاجية عمليات رئيسية قد تخفف من ردود الفعل المناخية الإيجابية للتربة المتجمدة، لكنها قد لا تؤدي دائمًا إلى زيادة صافي امتصاص الكربون السنوي لأنها يمكن أن تغير أيضًا المناخ والكيماويات الدقيقة للتربة بطريقة تسرع من انبعاثات الكربون. من المعروف أن ذوبان التربة المتجمدة يؤثر على دورة الكربون ليس فقط بشكل تدريجي ولكن أيضًا بشكل مفاجئ، وفي تفاعل مع اضطرابات أخرى، مثل حرائق الغابات، من المحتمل أن يزيد من انبعاثات الكربون الأرضية إلى الغلاف الجوي. من أجل لا تزال النقاط الساخنة الجديدة مثل الفتحات الحرارية والفتحات البركانية بالإضافة إلى النقاط الباردة (المناطق ذات معدلات الامتصاص العالية) قيد التحقيق. مع ارتفاع درجة حرارة القطب الشمالي بمعدل قد يصل إلى أربعة أضعاف المعدل العالمي (رانتانين وآخرون، 2022)، وذوبان التربة المتجمدة يحدث بالفعل بشكل أسرع من المتوقع في بعض أجزاء المنطقة (فيوستر وآخرون، 2022)، من المحتمل أن تظهر عمليات جديدة ونظم بيئية جديدة.

لقد كانت عملية دمج الفهم الجديد للعمليات من المواقع الفردية إلى تجميع البيانات عبر المواقع، ومن النماذج الفردية إلى المقارنات بين النماذج، حاسمة في تقدير ميزانيات الكربون في مناطق التربة المتجمدة وميولها. لقد أظهرت هذه الجهود في دمج البيانات والنماذج أنه على الرغم من أن مناطق التربة المتجمدة باردة والعمليات فيها بطيئة، إلا أنها لا تزال تلعب دورًا كبيرًا في دورة الكربون العالمية. منطقة التربة المتجمدة الميزانية تتراوح بين 10 و ; تظل الاتجاهات على مر الزمن غير مؤكدة بسبب ندرة البيانات. الأرضية الميزانية (توازن بين الناتج المحلي الإجمالي والإنفاق العام) تمثل قوة نسبية إلى وهناك أدلة على كل من زيادة امتصاص النباتات خلال موسم النمو وزيادة انبعاثات الكربون خلال غير موسم النمو. ومع ذلك، فإن الاختلاف الجزئي عبر أساليب النمذجة والتجميعات، والانتشار الكبير في الميزانيات المقدرة، والأنماط الإقليمية غير الواضحة والاتجاهات الزمنية تظهر حقيقة أن هناك عدم يقين كبير لا يزال موجودًا (الأشكال 4-6). إن زيادة كثافة وعدد حرائق الغابات تضيف عدم يقين إلى تقييم التوازن السنوي للكربون في منطقة التربة المتجمدة، حيث إن سنة حريق كبيرة قد تعوض عن عدة سنوات من امتصاص الكربون الإقليمي (M. W. Jones وآخرون، 2022؛ Mack وآخرون، 2021؛ X. J. Walker وآخرون، 2019). بالنظر إلى هذه التحديات، نحدد عدة أولويات بحثية أدناه.

الشكر والتقدير نشكر يونس فولمر على المساعدة في إعداد الأشكال والجداول، وبينيت جهلز، وآنا إيرغانغ، ومراجعين مجهولين اثنين على التعليقات التي حسنت المخطوطة، وكريستيان رودينبيك، وفريدريك شيفالييه، ويوسوك نوا، وجونجيه ليو، وليانغ فنغ، وإنغريد لوك، على توفير مخرجات الانعكاس. جاء الدعم لهذه الدراسة من مشروع ERC FluxWIN (851181؛ CT، JH)، ومشروع Horizon Europe MISO (101086541؛ CT)، ومؤسسة غوردون وبيتي مور (8414)، ومشروع Audacious (AMV، BMR، SMN، JDW)، ومشروع ESA AMPAC-Net (AMV، GH، JH)، ومجموعة العمل IPAC التابعة للرابطة الدولية للتربة المتجمدة (AMV، CT، SMN، JDW، BMR، EAGS)، وبرنامج البحث والابتكار EU Horizon 2020 (101003536؛ ESM2025 إلى EJB)، وبرنامج المناخ لمركز هادلي التابع لمكتب الأرصاد الجوية في المملكة المتحدة (GA01101 إلى EJB)، ومشروع ERC Q-Arctic (951288 إلى MG)، ومجلس البحث النرويجي (323945، 301639)، ومجلس البحث السويدي VR (2022-04839 إلى GH). تم تنفيذ جزء من هذا العمل في مختبر الدفع النفاث، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، بموجب عقد مع إدارة الطيران والفضاء الوطنية (80NM0018D0004). جاء دعم إضافي من منحة ناسا/اتفاقية تعاون (NNX17AD69A إلى AC)، ووزارة الطاقة الأمريكية (برنامج LDRD في PNNL) ومؤسسة العلوم الوطنية السويسرية (المشروع 200021_215214) إلى AM، وشبكة الكربون في التربة المتجمدة في نظام العلوم القطبية NSF PLR (منحة 1931333؛ EAGS)، ومؤسسة ميندورو (EAGS). تم تمكين وتنظيم تمويل الوصول المفتوح من قبل مشروع DEAL.
فجوات البيانات (من حيث المكان وأنواع النظم البيئية). ستساعد التحسينات الإضافية على البيانات البيئية مثل الكربون في التربة، والأنواع النباتية السائدة وخصائصها، وحالة ذوبان الجليد الدائم في وضع البيانات في سياقها وتوسيع نطاق بيانات التدفق.
3. النمذجة: الأنواع الثلاثة الواسعة من أساليب النمذجة – الترقية القائمة على الإحصاءات أو التعلم الآلي، نمذجة العمليات، وأساليب الانعكاس – جميعها ضرورية للتنبؤ بتدفقات الكربون في مجال التربة المتجمدة. تُعتبر نماذج العمليات التقنية الأكثر استخدامًا للتنبؤ بتدفقات الكربون، ولكن هناك قيود تتعلق بانبعاثات موسم البرد، والتغذية الراجعة بين النباتات والتربة تحت الأرض، وذوبان التربة المتجمدة، وتاريخ الاضطراب، بالإضافة إلى التقاط التأخيرات الزمنية، ونقاط التحول، والاستجابات غير الخطية. بالإضافة إلى ذلك، هناك حاجة إلى خرائط ديناميكية وذات دقة مكانية أعلى للمستنقعات، ورطوبة التربة، والاضطرابات لالتقاط المناظر الطبيعية المتجمدة التي تتغير بسرعة، على سبيل المثال، توزيع ذوبان التربة المتجمدة التدريجي والحاد. يمكن أن يسمح استخدام بيانات المراقبة لإبلاغ نماذج العمليات ونماذج الانعكاس من خلال تقنيات دمج البيانات بتقليل كبير في عدم اليقين في النماذج (Y. Luo & Schuur، 2020). مع توفر المزيد من منتجات البيانات الجغرافية المتعلقة بالتربة المتجمدة وقياس مواقع دراسات جديدة، تصبح المحاكاة والتحليلات الأفضل للعمليات الديناميكية التي تحرك التغيير في منطقة التربة المتجمدة ممكنة.
4. المقارنات بين النماذج والبيانات: من الضروري إجراء تقييمات منتظمة واستكشاف الكميات والاتجاهات والعوامل المرتبطة بتدفقات الكربون المستندة إلى النماذج لتحديد مجالات التوافق والاختلاف بين النماذج والقياسات الميدانية (Collier et al., 2018). يمكن أن يؤدي تحديد ما إذا كانت العمليات الرئيسية لمنطقة التربة المتجمدة التي حددتها الملاحظات مشمولة أو ممثلة بشكل كافٍ إلى تحسين كبير في أداء النماذج المستندة إلى العمليات (Koven et al., 2011)، كما هو الحال في تحديد مقاييس التقييم لتقييد التنبؤات (Schwalm et al., 2019). على وجه الخصوص، جديدة تحتاج المقارنات بين النماذج، خاصةً كما تزداد النماذج عددًا وتدمج سمات إضافية. ستساعد هذه التقييمات المستمرة في تحسين فهمنا وتوقعاتنا لتدفقات الكربون في منطقة التربة المتجمدة.

بينما لا تزال هناك فجوات في المعرفة، نتوقع أن تجلب العقود القادمة تحسينات كبيرة في فهمنا على مستوى العمليات وتقديرات ميزانية الكربون في منطقة التربة المتجمدة. هناك حاجة إلى جهود منسقة مستمرة بين مجتمعات الميدان والاستشعار عن بعد والنمذجة لدمج المعرفة الجديدة عبر سلسلة المعرفة من الملاحظات إلى النمذجة والتنبؤات وأخيرًا إلى السياسات، ولتقييد ميزانية الكربون في منطقة التربة المتجمدة بشكل أكثر فعالية (Fisher et al., 2018; Natali et al., 2022). يجب اعتماد سياسات البيانات المفتوحة، وتقليل الفجوة الزمنية بين الملاحظات والتقارير، بالإضافة إلى تحسين البروتوكولات المنهجية، والأدوات، ومقارنات النماذج في المستقبل. تظل الشبكات الدولية التي تعالج منطقة التربة المتجمدة مهمة، مثل شبكة الكربون في التربة المتجمدة ومشاريع التركيب (Schuur et al., 2022)، وبرنامج المراقبة والتقييم في القطب الشمالي (AMAP) (Christensen et al., 2017)، وRECCAPs (Ciais et al., 2022; McGuire et al., 2012) لفهم وإبلاغ صانعي السياسات حول أفضل الطرق لحماية والحفاظ على هذه النظم البيئية الحساسة والمتغيرة بسرعة.

استخدمنا بيانات من مستودعات مفتوحة للتحليل الإقليمي، بما في ذلك البيانات الميدانية و بيانات التدفق (Kuhn et al., 2021a; Treat et al., 2018a; Virkkala et al., 2021c) ومخرجات التوسيع (Peltola et al., 2019b; Virkkala et al., 2021b). يمكن العثور على تفاصيل محددة لمخرجات نماذج CMIP6 و ISIMIP المستخدمة في التحليلات في المعلومات الداعمة S1 (Eyring et al., 2016; Frieler et al., 2017; Hugelius et al., 2023). تم نشر مخرجات الانعكاس في Friedlingstein et al. (2022) ويمكن الوصول إليها عن طريق الاتصال بـ Ingrid Luijkx.ingrid.luijkx@wur.nl).

Aalto, J., Karjalainen, O., Hjort, J., & Luoto, M. (2018). Statistical forecasting of current and future circum-arctic ground temperatures and active layer thickness. Geophysical Research Letters, 45(10), 4889-4898. https://doi.org/10.1029/2018GL078007
Alexandrov, G. A., Brovkin, V. A., & Kleinen, T. (2016). The influence of climate on peatland extent in Western Siberia since the last glacial maximum. Scientific Reports, 6(1), 24784. https://doi.org/10.1038/srep24784
Bartlett, K. B., & Harriss, R. C. (1993). Review and assessment of methane emissions from wetlands. Chemosphere, 26(1-4), 261-320. https://doi. org/10.1016/0045-6535(93)90427-7
Bastviken, D., Treat, C. C., Pangala, S. R., Gauci, V., Enrich-Prast, A., Karlson, M., et al. (2022). The importance of plants for methane emission at the ecosystem scale. Aquatic Botany, 184, 103596. https://doi.org/10.1016/j.aquabot.2022.103596
Basu, S., Lan, X., Dlugokencky, E., Michel, S., Schwietzke, S., Miller, J. B., et al. (2022). Estimating emissions of methane consistent with atmospheric measurements of methane and of methane. Atmospheric Chemistry and Physics, 22(23), 15351-15377. https://doi.org/10. 5194/acp-22-15351-2022
Bellisario, L. M., Moore, T. R., & Bubier, J. L. (1998). Net ecosystem exchange in a boreal peatland, northern Manitoba. Ecoscience, 5(4), 534-541. https://doi.org/10.1080/11956860.1998.11682491

Belshe, E. F., Schuur, E. A. G., & Bolker, B. M. (2013). Tundra ecosystems observed to be sources due to differential amplification of the carbon cycle. Ecology Letters, 16(10), 1307-1315. https://doi.org/10.1111/ele. 12164
Berner, L. T., Massey, R., Jantz, P., Forbes, B. C., Macias-Fauria, M., Myers-Smith, I., et al. (2020). Summer warming explains widespread but not uniform greening in the Arctic tundra biome. Nature Communications, 11(1), 4621. https://doi.org/10.1038/s41467-020-18479-5
Biskaborn, B. K., Smith, S. L., Noetzli, J., Matthes, H., Vieira, G., Streletskiy, D. A., et al. (2019). Permafrost is warming at a global scale. Nature Communications, 10(1), 1-11. https://doi.org/10.1038/s41467-018-08240-4
Blodau, C. (2002). Carbon cycling in peatlands- A review of processes and controls. Environmental Reviews, 10(2), 111-134. https://doi.org/10. 1139/a02-004
Bloom, A. A., Bowman, K. W., Lee, M., Turner, A. J., Schroeder, R., Worden, J. R., et al. (2017). A global wetland methane emissions and uncertainty dataset for atmospheric chemical transport models (WetCHARTs version 1.0). Geoscience Model Development, 10(6), 2141-2156. https://doi.org/10.5194/gmd-10-2141-2017
Bradshaw, C. J. A., & Warkentin, I. G. (2015). Global estimates of boreal forest carbon stocks and flux. Global and Planetary Change, 128, 24-30. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2015.02.004
Braghiere, R. K., Fisher, J. B., Miner, K. R., Miller, C. E., Worden, J. R., Schimel, D. S., & Frankenberg, C. (2023). Tipping point in North American Arctic-Boreal carbon sink persists in new generation Earth system models despite reduced uncertainty. Environmental Research Letters, 18(2), 025008. https://doi.org/10.1088/1748-9326/acb226
Bridgham, S. D., Cadillo-Quiroz, H., Keller, J. K., & Zhuang, Q. (2013). Methane emissions from wetlands: Biogeochemical, microbial, and modeling perspectives from local to global scales. Global Change Biology, 19(5), 1325-1346. https://doi.org/10.1111/gcb. 12131
Brosius, L. S., Anthony, K. M. W., Treat, C. C., Lenz, J., Jones, M. C., Bret-Harte, M. S., & Grosse, G. (2021). Spatiotemporal patterns of northern lake formation since the Last Glacial Maximum. Quaternary Science Reviews, 253, 106773. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106773
Brown, J., Ferrians Jr, O. J., Heginbottom, J. A., Melnikov, E. S., & (Cartographer). (1998). Circum-Arctic map of permafrost and ground-ice conditions, revised 2001. National Snow and Ice Data Center. https://doi.org/200021_215214
Bruhwiler, L., Basu, S., Butler, J. H., Chatterjee, A., Dlugokencky, E., Kenney, M. A., et al. (2021). Observations of greenhouse gases as climate indicators. Climatic Change, 165(1-2), 12. https://doi.org/10.1007/s10584-021-03001-7
Byrne, B., Baker, D. F., Basu, S., Bertolacci, M., Bowman, K. W., Carroll, D., et al. (2023). National CO2 budgets (2015-2020) inferred from atmospheric CO2 observations in support of the global stocktake. Earth System Science Data, 15(2), 963-1004. https://doi.org/10.5194/essd-15-963-2023
Canadell, J. G., Monteiro, P. M. S., Costa, M. H., Cotrim da Cunha, L., Cox, P. M., Eliseev, A. V., et al. (2021). Global carbon and other biogeochemical cycles and feedbacks. In V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, et al. (Eds.), Climate change 2021: The physical science basis. Contribution of working group I to the sixth assessment report of the intergovernmental panel on climate change (pp. 673-816). Cambridge University Press.
Cassidy, A. E., Christen, A., & Henry, G. H. R. (2016). The effect of a permafrost disturbance on growing-season carbon-dioxide fluxes in a high Arctic tundra ecosystem. Biogeosciences, 13(8), 2291-2303. https://doi.org/10.5194/bg-13-2291-2016
Celis, G., Mauritz, M., Bracho, R., Salmon, V. G., Webb, E. E., Hutchings, J., et al. (2017). Tundra is a consistent source of CO2 at a site with progressive permafrost thaw during 6 years of chamber and eddy covariance measurements. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 122(6), 1471-1485. https://doi.org/10.1002/2016JG003671
Chadburn, S. E., Burke, E., Essery, R., Boike, J., Langer, M., Heikenfeld, M., et al. (2015). An improved representation of physical permafrost dynamics in the JULES land-surface model. Geoscientific Model Development, 8(5), 1493-1508. https://doi.org/10.5194/gmd-8-1493-2015
Chapin, F. S., BretHarte, M. S., Hobbie, S. E., & Zhong, H. L. (1996). Plant functional types as predictors of transient responses of arctic vegetation to global change. Journal of Vegetation Science, 7(3), 347-358. https://doi.org/10.2307/3236278
Chapin, F. S., McGuire, A. D., Randerson, J., Pielke, R., Baldocchi, D., Hobbie, S. E., et al. (2000). Arctic and boreal ecosystems of western North America as components of the climate system. Global Change Biology, 6(S1), 211-223. https://doi.org/10.1046/j.1365-2486.2000.06022.x
Chasmer, L., Cobbaert, D., Mahoney, C., Millard, K., Peters, D., Devito, K., et al. (2020). Remote sensing of boreal wetlands 1: Data use for policy and management. Remote Sensing, 12(8), 1320. https://doi.org/10.3390/rs12081320
Chaudhary, N., Westermann, S., Lamba, S., Shurpali, N., Sannel, A. B. K., Schurgers, G., et al. (2020). Modelling past and future peatland carbon dynamics across the pan-Arctic. Global Change Biology, 26(7), 4119-4133. https://doi.org/10.1111/gcb.15099
Christensen, T. R., Panikov, N., Mastepanov, M., Joabsson, A., Stewart, A., Oquist, M., et al. (2003). Biotic controls on CO2 and CH4 exchange in wetlands: A closed environment study. Biogeochemistry, 64(3), 337-354. https://doi.org/10.1023/a:1024913730848
Christensen, T. R., Rysgaard, S., Bendtsen, J., Else, B., Glud, R. N., Van Huissteden, J., et al. (2017). Arctic carbon cycling. In C. AMAP (Ed.), Snow, water, ice and permafrost in the Arctic (SWIPA) (pp. 203-218). Arctic Monitoring and Assessment Programme (AMAP).
Ciais, P., Bastos, A., Chevallier, F., Lauerwald, R., Poulter, B., Canadell, J. G., et al. (2022). Definitions and methods to estimate regional land carbon fluxes for the second phase of the regional carbon cycle assessment and processes project (RECCAP-2). Geoscientific Model Development, 15(3), 1289-1316. https://doi.org/10.5194/gmd-15-1289-2022
Clein, J. S., & Schimel, J. P. (1995). Microbial activity of tundra and taiga soils at subzero temperatures. Soil Biology & Biochemistry, 27(9), 1231-1234. https://doi.org/10.1016/0038-0717(95)00044-f
Collier, N., Hoffman, F. M., Lawrence, D. M., Keppel-Aleks, G., Koven, C. D., Riley, W. J., et al. (2018). The international land model benchmarking (ILAMB) system: Design, theory, and implementation. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 10(11), 2731-2754. https://doi.org/10.1029/2018MS001354
Commane, R., Lindaas, J., Benmergui, J., Luus, K. A., Chang, R. Y.-W., Daube, B. C., et al. (2017). Carbon dioxide sources from Alaska driven by increasing early winter respiration from Arctic tundra. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(21), 5361-5366. https://doi.org/ 10.1073/pnas. 1618567114

Dean, J. F., Middelburg, J. J., Röckmann, T., Aerts, R., Blauw, L. G., Egger, M., et al. (2018). Methane feedbacks to the global climate system in a warmer world. Reviews of Geophysics, 56(1), 207-250. https://doi.org/10.1002/2017rg000559
Delwiche, K. B., Knox, S. H., Malhotra, A., Fluet-Chouinard, E., McNicol, G., Feron, S., et al. (2021). FLUXNET-CH4: A global, multiecosystem dataset and analysis of methane seasonality from freshwater wetlands. Earth System Science Data, 13(7), 3607-3689. https:// doi.org/10.5194/essd-13-3607-2021
Ekici, A., Beer, C., Hagemann, S., Boike, J., Langer, M., & Hauck, C. (2014). Simulating high-latitude permafrost regions by the JSBACH terrestrial ecosystem model. Geoscientific Model Development, 7(2), 631-647. https://doi.org/10.5194/gmd-7-631-2014
Elder, C. D., Thompson, D. R., Thorpe, A. K., Chandanpurkar, H. A., Hanke, P. J., Hasson, N., et al. (2021). Characterizing methane emission hotspots from thawing permafrost. Global Biogeochemical Cycles, 35(12), e2020GB006922. https://doi.org/10.1029/2020GB006922

Elmendorf, S. C., Henry, G. H. R., Hollister, R. D., Björk, R. G., Bjorkman, A. D., Callaghan, T. V., et al. (2012). Global assessment of experimental climate warming on tundra vegetation: Heterogeneity over space and time. Ecology Letters, 15(2), 164-175. https://doi.org/10. 1111/j.1461-0248.2011.01716.x
Estop-Aragonés, C., Olefeldt, D., Abbott, B. W., Chanton, J. P., Czimczik, C. I., Dean, J. F., et al. (2020). Assessing the potential for mobilization of old soil carbon after permafrost thaw: A synthesis of 14C measurements from the northern permafrost region. Global Biogeochemical Cycles, 34(9), e2020GB006672. https://doi.org/10.1029/2020GB006672
Euskirchen, E. S., Edgar, C. W., Syndonia, B. H. M., Kade, A., Zimov, N., & Zimov, S. (2017). Interannual and seasonal patterns of carbon dioxide, water, and energy fluxes from ecotonal and thermokarst-impacted ecosystems on carbon-rich permafrost soils in Northeastern Siberia. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 122(10), 2651-2668. https://doi.org/10.1002/2017JG004070
Euskirchen, E. S., Edgar, C. W., Turetsky, M. R., Waldrop, M. P., & Harden, J. W. (2014). Differential response of carbon fluxes to climate in three peatland ecosystems that vary in the presence and stability of permafrost. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 119(8), 1576-1595. https://doi.org/10.1002/2014JG002683
Eyring, V., Bony, S., Meehl, G. A., Senior, C. A., Stevens, B., Stouffer, R. J., & Taylor, K. E. (2016). Overview of the coupled model intercomparison project phase 6 (CMIP6) experimental design and organization. Geoscientific Model Development, 9(5), 1937-1958. https://doi. org/10.5194/gmd-9-1937-2016
Fan, L., Wigneron, J. P., Ciais, P., Chave, J., Brandt, M., Sitch, S., et al. (2023). Siberian carbon sink reduced by forest disturbances. Nature Geoscience, 16(1), 56-62. https://doi.org/10.1038/s41561-022-01087-x
Farquharson, L. M., Romanovsky, V. E., Kholodov, A., & Nicolsky, D. (2022). Sub-aerial talik formation observed across the discontinuous permafrost zone of Alaska. Nature Geoscience, 15(6), 475-481. https://doi.org/10.1038/s41561-022-00952-z
Fewster, R. E., Morris, P. J., Ivanovic, R. F., Swindles, G. T., Peregon, A. M., & Smith, C. J. (2022). Imminent loss of climate space for permafrost peatlands in Europe and Western Siberia. Nature Climate Change, 12(4), 373-379. https://doi.org/10.1038/s41558-022-01296-7
Fisher, J. B., Hayes, D. J., Schwalm, C. R., Huntzinger, D. N., Stofferahn, E., Schaefer, K., et al. (2018). Missing pieces to modeling the ArcticBoreal puzzle. Environmental Research Letters, 13(2), 020202. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa9d9a
Fisher, J. B., Huntzinger, D. N., Schwalm, C. R., & Sitch, S. (2014). Modeling the terrestrial biosphere. Annual Review of Environment and Resources, 39(1), 91-123. https://doi.org/10.1146/annurev-environ-012913-093456
Foster, A. C., Wang, J. A., Frost, G. V., Davidson, S. J., Hoy, E., Turner, K. W., et al. (2022). Disturbances in North American boreal forest and arctic tundra: Impacts, interactions, and responses. Environmental Research Letters, 17(11), 113001. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ ac98d7
Friedlingstein, P., Jones, M. W., O’Sullivan, M., Andrew, R. M., Bakker, D. C. E., Hauck, J., et al. (2022). Global Carbon Budget 2021. Earth System Science Data, 14(4), 1917-2005. https://doi.org/10.5194/essd-14-1917-2022
Friedrich, D., Hirnsperger, M., & Bauer, S. (Eds.) (2022). More than “nature, Research on infrastructure and Settlements in the North. LIT Verlag.
Frieler, K., Lange, S., Piontek, F., Reyer, C. P. O., Schewe, J., Warszawski, L., et al. (2017). Assessing the impacts of global warming: Simulation protocol of the inter-sectoral impact model intercomparison project (ISIMIP2b). Geoscientific Model Development, 10(12), 4321-4345. https://doi.org/10.5194/gmd-10-4321-2017
Frolking, S., & Roulet, N. T. (2007). Holocene radiative forcing impact of northern peatland carbon accumulation and methane emissions. Global Change Biology, 13(5), 1079-1088. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2007.01339.x
Frolking, S., Talbot, J., Jones, M. C., Treat, C. C., Kauffman, J. B., Tuittila, E.-S., & Roulet, N. (2011). Peatlands in the Earth’s 21st century climate systems. Environmental Reviews, 19(NA), 371-396. https://doi.org/10.1139/A11-014
Galera, L. d. A., Eckhardt, T., Beer, C., Pfeiffer, E.-M., & Knoblauch, C. (2023). Ratio of in situ CO2 to CH4 production and its environmental controls in polygonal tundra soils of Samoylov Island, Northeastern Siberia. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 128(4), e2022JG006956. https://doi.org/10.1029/2022JG006956
Gorham, E., Lehman, C., Dyke, A., Janssens, J., & Dyke, L. (2007). Temporal and spatial aspects of peatland initiation following deglaciation in North America. Quaternary Science Reviews, 26(3-4), 300-311. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2006.08.008
Groendahl, L., Friborg, T., & Soegaard, H. (2007). Temperature and snow-melt controls on interannual variability in carbon exchange in the high Arctic. Theoretical and Applied Climatology, 88(1), 111-125. https://doi.org/10.1007/s00704-005-0228-y
Gruber, S. (2012). Derivation and analysis of a high-resolution estimate of global permafrost zonation. The Cryosphere, 6(1), 221-233. https://doi. org/10.5194/tc-6-221-2012
Gulev, S. K., Thorne, P. W., Ahn, J., Dentener, F. J., Domingues, C. M., Gerland, S., et al. (2021). Changing state of the climate system. In V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, et al. (Eds.), Climate change 2021: The physical science basis. Contribution of working group I to the sixth assessment report of the intergovernmental panel on climate change (pp. 287-422). Cambridge University Press.
Harden, J. W., Koven, C. D., Ping, C.-L., Hugelius, G., McGuire, A. D., Camill, P., et al. (2012). Field information links permafrost carbon to physical vulnerabilities of thawing. Geophysical Research Letters, 39(15), L15704. https://doi.org/10.1029/2012gl051958
Harden, J. W., Manies, K. L., Turetsky, M. R., & Neff, J. C. (2006). Effects of wildfire and permafrost on soil organic matter and soil climate in interior Alaska. Global Change Biology, 12(12), 2391-2403. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2006.01255.x
Harden, J. W., Sundquist, E. T., Stallard, R. F., & Mark, R. K. (1992). Dynamics of soil carbon during deglaciation of the Laurentide ice-sheet. Science, 258(5090), 1921-1924. https://doi.org/10.1126/science.258.5090.1921
Harris, S. A., French, H. M., Heginbottom, J. A., Johnston, G. H., Ladanyi, B., Sego, D. C., & Van Everdingen, R. O. (1988). Glossary of permafrost and related ground-ice terms (Technical Memorandum No. 142). Retrieved from Ottawa.
Hartley, I. P., Garnett, M. H., Sommerkorn, M., Hopkins, D. W., Fletcher, B. J., Sloan, V. L., et al. (2012). A potential loss of carbon associated with greater plant growth in the European Arctic. Nature Climate Change, 2(12), 875-879. https://doi.org/10.1038/nclimate1575
Hashemi, J., Zona, D., Arndt, K. A., Kalhori, A., & Oechel, W. C. (2021). Seasonality buffers carbon budget variability across heterogeneous landscapes in Alaskan Arctic tundra. Environmental Research Letters, 16(3), 035008. https://doi.org/10.1088/1748-9326/abe2d1
Hayes, D. J., Butman, D. E., Domke, G. M., Fisher, J. B., Neigh, C. S. R., & Welp, L. R. (2022). Chapter 6 – boreal forests. In B. Poulter, J. G. Canadell, D. J. Hayes, & R. L. Thompson (Eds.), Balancing greenhouse gas budgets (pp. 203-236). Elsevier. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-814952-2.00025-3
Heijmans, M. M. P. D., Magnússon, R. Í., Lara, M. J., Frost, G. V., Myers-Smith, I. H., Van Huissteden, J., et al. (2022). Tundra vegetation change and impacts on permafrost. Nature Reviews Earth & Environment, 3(1), 68-84. https://doi.org/10.1038/s43017-021-00233-0
Helbig, M., Chasmer, L. E., Kljun, N., Quinton, W. L., Treat, C. C., & Sonnentag, O. (2017). The positive net radiative greenhouse gas forcing of increasing methane emissions from a thawing boreal forest-wetland landscape. Global Change Biology, 23(6), 2413-2427. https://doi.org/10. 1111/gcb. 13520

Helbig, M., Živković, T., Alekseychik, P., Aurela, M., El-Madany, T. S., Euskirchen, E. S., et al. (2022). Warming response of peatland CO2 sink is sensitive to seasonality in warming trends. Nature Climate Change, 12(8), 743-749. https://doi.org/10.1038/s41558-022-01428-z
Hengl, T., Mendes de Jesus, J., Heuvelink, G. B. M., Ruiperez Gonzalez, M., Kilibarda, M., Blagotić, A., et al. (2017). SoilGrids250m: Global gridded soil information based on machine learning. Plos One, 12(2), e0169748. https://doi.org/10.1371/journal.pone. 0169748
Hewitt, R. E., Taylor, D. L., Genet, H., McGuire, A. D., & Mack, M. C. (2019). Below-ground plant traits influence tundra plant acquisition of newly thawed permafrost nitrogen. Journal of Ecology, 107(2), 950-962. https://doi.org/10.1111/1365-2745.13062
Hirst, C., Monhonval, A., Mauclet, E., Thomas, M., Villani, M., Ledman, J., et al. (2023). Evidence for late winter biogeochemical connectivity in permafrost soils. Communications Earth & Environment, 4(1), 85. https://doi.org/10.1038/s43247-023-00740-6
Hiyama, T., Ueyama, M., Kotani, A., Iwata, H., Nakai, T., Okamura, M., et al. (2021). Lessons learned from more than a decade of greenhouse gas flux measurements at boreal forests in eastern Siberia and interior Alaska. Polar Science, 27, 100607. https://doi.org/10.1016/j.polar.2020. 100607
Holloway, J. E., Lewkowicz, A. G., Douglas, T. A., Li, X., Turetsky, M. R., Baltzer, J. L., & Jin, H. (2020). Impact of wildfire on permafrost landscapes: A review of recent advances and future prospects. Permafrost and Periglacial Processes, 31(3), 371-382. https://doi.org/10.1002/ ppp. 2048
Hugelius, G., Bockheim, J. G., Camill, P., Elberling, B., Grosse, G., Harden, J. W., et al. (2013). A new data set for estimating organic carbon storage to 3 m depth in soils of the northern circumpolar permafrost region. Earth System Science Data, 5(2), 393-402. https://doi.org/10.5194/ essd-5-393-2013
Hugelius, G., Loisel, J., Chadburn, S., Jackson, R. B., Jones, M., MacDonald, G., et al. (2020). Large stocks of peatland carbon and nitrogen are vulnerable to permafrost thaw. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(34), 20438-20446. https://doi.org/10.1073/pnas. 1916387117
Hugelius, G., Ramage, J. L., Burke, E. J., Chatterjee, A., Smallman, T. L., Aalto, T., et al. (2023). Two decades of permafrost region CO2, CH4, and N 2 O budgets suggest a small net greenhouse gas source to the atmosphere. ESS Open Archive. https://doi.org/10.22541/essoar.169444320. 01914726/v1
Hugelius, G., Strauss, J., Zubrzycki, S., Harden, J. W., Schuur, E. A. G., Ping, C. L., et al. (2014). Estimated stocks of circumpolar permafrost carbon with quantified uncertainty ranges and identified data gaps. Biogeosciences, 11(23), 6573-6593. https://doi.org/10.5194/bg-11-65732014
Huntzinger, D. N., Schaefer, K., Schwalm, C., Fisher, J. B., Hayes, D., Stofferahn, E., et al. (2020). Evaluation of simulated soil carbon dynamics in Arctic-Boreal ecosystems. Environmental Research Letters, 15(2), 025005. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab6784
IPCC. (2021). In J. M. Gutiérrez & A. M. Tréguier (Eds.), Annex II: Models In V. Masson-delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J. B. R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, & B. Zhou (Eds.), climate change 2021: The physical science basis. Contribution of working group I to the sixth assessment report of the intergovernmental panel on climate change (pp. 2087-2138). Cambridge University Press.
Ito, A., Li, T., Qin, Z., Melton, J. R., Tian, H., Kleinen, T., et al. (2023). Cold-season methane fluxes simulated by GCP-CH4 Models. Geophysical Research Letters, 50(14), e2023GL103037. https://doi.org/10.1029/2023GL103037
Jones, M. C., Grosse, G., Treat, C., Turetsky, M., Anthony, K. W., & Brosius, L. (2023). Past permafrost dynamics can inform future permafrost carbon-climate feedbacks. Communications Earth & Environment, 4(1), 272. https://doi.org/10.1038/s43247-023-00886-3
Jones, M. C., Harden, J., O’Donnell, J., Manies, K., Jorgenson, T., Treat, C., & Ewing, S. (2017). Rapid carbon loss and slow recovery following permafrost thaw in boreal peatlands. Global Change Biology, 23(3), 1109-1127. https://doi.org/10.1111/gcb. 13403
Jones, M. W., Abatzoglou, J. T., Veraverbeke, S., Andela, N., Lasslop, G., Forkel, M., et al. (2022). Global and regional trends and drivers of fire under climate change. Reviews of Geophysics, 60(3), e2020RG000726. https://doi.org/10.1029/2020RG000726
Jorgensen, C. J., Johansen, K. M. L., Westergaard-Nielsen, A., & Elberling, B. (2015). Net regional methane sink in high arctic soils of northeast Greenland. Nature Geoscience, 8(1), 20-23. https://doi.org/10.1038/ngeo2305
Jorgenson, M. T., & Osterkamp, T. E. (2005). Response of boreal ecosystems to varying modes of permafrost degradation. Canadian Journal of Forest Research-Revue Canadienne De Recherche Forestiere, 35(9), 2100-2111. https://doi.org/10.1139/X05-153
Jorgenson, M. T., Shur, Y. L., & Pullman, E. R. (2006). Abrupt increase in permafrost degradation in Arctic Alaska. Geophysical Research Letters, 33(2), L02503. https://doi.org/10.1029/2005GL024960
Jung, M., Schwalm, C., Migliavacca, M., Walther, S., Camps-Valls, G., Koirala, S., et al. (2020). Scaling carbon fluxes from eddy covariance sites to globe: Synthesis and evaluation of the FLUXCOM approach. Biogeosciences, 17(5), 1343-1365. https://doi.org/10.5194/bg-17-1343-2020
Karesdotter, E., Destouni, G., Ghajarnia, N., Hugelius, G., & Kalantari, Z. (2021). Mapping the vulnerability of Arctic wetlands to global warming. Earths Future, 9(5). https://doi.org/10.1029/2020ef001858
Keuper, F., Wild, B., Kummu, M., Beer, C., Blume-Werry, G., Fontaine, S., et al. (2020). Carbon loss from northern circumpolar permafrost soils amplified by rhizosphere priming. Nature Geoscience, 13(8), 560-565. https://doi.org/10.1038/s41561-020-0607-0
Kicklighter, D. W., Hayes, D. J., McClelland, J. W., Peterson, B. J., McGuire, A. D., & Melillo, J. M. (2013). Insights and issues with simulating terrestrial DOC loading of Arctic river networks. Ecological Applications, 23(8), 1817-1836. https://doi.org/10.1890/11-1050.1
Kim, J., Kim, Y., Zona, D., Oechel, W., Park, S.-J., Lee, B.-Y., et al. (2021). Carbon response of tundra ecosystems to advancing greenup and snowmelt in Alaska. Nature Communications, 12(1), 6879. https://doi.org/10.1038/s41467-021-26876-7
Kim, Y., Kimball, J. S., Zhang, K., & McDonald, K. C. (2012). Satellite detection of increasing Northern Hemisphere non-frozen seasons from 1979 to 2008: Implications for regional vegetation growth. Remote Sensing of Environment, 121, 472-487. https://doi.org/10.1016/j.rse.2012. 02.014

Kittler, F., Heimann, M., Kolle, O., Zimov, N., Zimov, S., & Gockede, M. (2017). Long-term drainage reduces CO2 uptake and CH4 emissions in a Siberian permafrost ecosystem. Global Biogeochemical Cycles, 31(12), 1704-1717. https://doi.org/10.1002/2017gb005774
Kleber, G. E., Hodson, A. J., Magerl, L., Mannerfelt, E. S., Bradbury, H. J., Zhu, Y. Z., et al. (2023). Groundwater springs formed during glacial retreat are a large source of methane in the high Arctic. Nature Geoscience, 16(7), 597-604. https://doi.org/10.1038/s41561-023-01210-6
Klotz, L. A., Sonnentag, O., Wang, Z., Wang, J. A., & Kang, M. (2023). Oil and natural gas wells across the NASA ABoVE domain: Fugitive methane emissions and broader environmental impacts. Environmental Research Letters, 18(3), 035008. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ acbe52
Knox, S. H., Jackson, R. B., Poulter, B., McNicol, G., Fluet-Chouinard, E., Zhang, Z., et al. (2019). FLUXNET-CH4 synthesis activity: Objectives, observations, and future directions. Bulletin of the American Meteorological Society, 100(12), 2607-2632. https://doi.org/10.1175/ bams-d-18-0268.1
Kohnert, K., Serafimovich, A., Metzger, S., Hartmann, J., & Sachs, T. (2017). Strong geologic methane emissions from discontinuous terrestrial permafrost in the Mackenzie Delta, Canada. Scientific Reports, 7(1), 5828. https://doi.org/10.1038/s41598-017-05783-2

Koven, C. D., Lawrence, D. M., & Riley, W. J. (2015). Permafrost carbon-climate feedback is sensitive to deep soil carbon decomposability but not deep soil nitrogen dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(12), 3752-3757. https://doi.org/10.1073/pnas. 1415123112
Koven, C. D., Ringeval, B., Friedlingstein, P., Ciais, P., Cadule, P., Khvorostyanov, D., et al. (2011). Permafrost carbon-climate feedbacks accelerate global warming. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(36), 14769-14774. https://doi.org/10.1073/pnas. 1103910108
Kuhn, M. A., Varner, R., Bastviken, D., Crill, P., MacIntyre, S., Turetsky, M. R., et al. (2021a). BAWLD-CH4: Methane fluxes from boreal and arctic ecosystems [Dataset]. Arctic Data Center. https://doi.org/10.18739/A2DN3ZX1R
Kuhn, M. A., Varner, R. K., Bastviken, D., Crill, P., MacIntyre, S., Turetsky, M., et al. (2021b). BAWLD-CH4: A comprehensive dataset of methane fluxes from boreal and arctic ecosystems. Earth System Science Data, 13(11), 5151-5189. https://doi.org/10.5194/essd-13-5151-2021
Lai, D. Y. F. (2009). Methane dynamics in northern peatlands: A review. Pedosphere, 19(4), 409-421. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(09) 00003-4
Lambert, M. S. A., Tang, H., Aas, K. S., Stordal, F., Fisher, R. A., Fang, Y., et al. (2022). Inclusion of a cold hardening scheme to represent frost tolerance is essential to model realistic plant hydraulics in the Arctic-boreal zone in CLM5.0-FATES-Hydro. Geoscientific Model Development, 15(23), 8809-8829. https://doi.org/10.5194/gmd-15-8809-2022
Lange, S. (2019). Trend-preserving bias adjustment and statistical downscaling with ISIMIP3BASD (v1.0). Geoscientific Model Development, 12(7), 3055-3070. https://doi.org/10.5194/gmd-12-3055-2019
Lawrence, D. M., Slater, A. G., & Swenson, S. C. (2012). Simulation of present-day and future permafrost and seasonally frozen ground conditions in CCSM4. Journal of Climate, 25(7), 2207-2225. https://doi.org/10.1175/jcli-d-11-00334.1
Le Mer, J., & Roger, P. (2001). Production, oxidation, emission and consumption of methane by soils: A review. European Journal of Soil Biology, 37(1), 25-50. https://doi.org/10.1016/S1164-5563(01)01067-6
Li, X.-Y., Jin, H.-J., Wang, H.-W., Marchenko, S. S., Shan, W., Luo, D.-L., et al. (2021). Influences of forest fires on the permafrost environment: A review. Advances in Climate Change Research, 12(1), 48-65. https://doi.org/10.1016/j.accre.2021.01.001
Li, Z.-L., Mu, C.-C., Chen, X., Wang, X.-Y., Dong, W.-W., Jia, L., et al. (2021). Changes in net ecosystem exchange of CO2 in Arctic and their relationships with climate change during 2002-2017. Advances in Climate Change Research, 12(4), 475-481. https://doi.org/10.1016/j.accre. 2021.06.004

Lindgren, A., Hugelius, G., & Kuhry, P. (2018). Extensive loss of past permafrost carbon but a net accumulation into present-day soils. Nature, 560(7717), 219-222. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0371-0
Liu, C. X., Huang, H. B., & Sun, F. D. (2021). A pixel-based vegetation greenness trend analysis over the Russian tundra with all available landsat data from 1984 to 2018. Remote Sensing, 13(23), 15. https://doi.org/10.3390/rs13234933
Liu, Z., Kimball, J. S., Ballantyne, A. P., Parazoo, N. C., Wang, W. J., Bastos, A., et al. (2022). Respiratory loss during late-growing season determines the net carbon dioxide sink in northern permafrost regions. Nature Communications, 13(1), 5626. https://doi.org/10.1038/s41467-022-33293-х
López-Blanco, E., Exbrayat, J. F., Lund, M., Christensen, T. R., Tamstorf, M. P., Slevin, D., et al. (2019). Evaluation of terrestrial pan-Arctic carbon cycling using a data-assimilation system. Earth System Dynamics, 10(2), 233-255. https://doi.org/10.5194/esd-10-233-2019
Lund, M., Lafleur, P. M., Roulet, N. T., Lindroth, A., Christensen, T. R., Aurela, M., et al. (2010). Variability in exchange of CO2 across 12 northern peatland and tundra sites. Global Change Biology, 16(9), 2436-2448. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2009.02104.x
Lund, M., Raundrup, K., Westergaard-Nielsen, A., López-Blanco, E., Nymand, J., & Aastrup, P. (2017). Larval outbreaks in West Greenland: Instant and subsequent effects on tundra ecosystem productivity and CO2 exchange. Ambio, 46(1), 26-38. https://doi.org/10.1007/s13280-016-0863-9
Luo, Y., & Schuur, E. A. G. (2020). Model parameterization to represent processes at unresolved scales and changing properties of evolving systems. Global Change Biology, 26(3), 1109-1117. https://doi.org/10.1111/gcb. 14939
Luo, Y. Q., Randerson, J. T., Abramowitz, G., Bacour, C., Blyth, E., Carvalhais, N., et al. (2012). A framework for benchmarking land models. Biogeosciences, 9(10), 3857-3874. https://doi.org/10.5194/bg-9-3857-2012
Lyu, Z., Genet, H., He, Y. J., Zhuang, Q. L., McGuire, A. D., Bennett, A., et al. (2018). The role of environmental driving factors in historical and projected carbon dynamics of wetland ecosystems in Alaska. Ecological Applications, 28(6), 1377-1395. https://doi.org/10.1002/eap.1755
Mack, M. C., Walker, X. J., Johnstone, J. F., Alexander, H. D., Melvin, A. M., Jean, M., & Miller, S. N. (2021). Carbon loss from boreal forest wildfires offset by increased dominance of deciduous trees. Science, 372(6539), 280-283. https://doi.org/10.1126/science.abf3903
Malhotra, A., Todd-Brown, K., Nave, L. E., Batjes, N. H., Holmquist, J. R., Hoyt, A. M., et al. (2019). The landscape of soil carbon data: Emerging questions, synergies and databases. Progress in Physical Geography: Earth and Environment, 43(5), 707-719. https://doi.org/10.1177/ 0309133319873309
Matthews, E., & Fung, I. (1987). Methane emission from natural wetlands: Global distribution, area, and environmental characteristics of sources. Global Biogeochemical Cycles, 1(1), 61-86. https://doi.org/10.1029/GB001i001p00061
McGuire, A. D., Anderson, L. G., Christensen, T. R., Dallimore, S., Guo, L. D., Hayes, D. J., et al. (2009). Sensitivity of the carbon cycle in the Arctic to climate change. Ecological Monographs, 79(4), 523-555. https://doi.org/10.1890/08-2025.1
McGuire, A. D., Christensen, T. R., Hayes, D., Heroult, A., Euskirchen, E., Kimball, J. S., et al. (2012). An assessment of the carbon balance of Arctic tundra: Comparisons among observations, process models, and atmospheric inversions. Biogeosciences, 9(8), 3185-3204. https://doi. org/10.5194/bg-9-3185-2012
McGuire, A. D., Genet, H., Lyu, Z., Pastick, N., Stackpoole, S., Birdsey, R., et al. (2018a). Assessing historical and projected carbon balance of Alaska: A synthesis of results and policy/management implications. Ecological Applications, 28(6), 1396-1412. https://doi.org/10.1002/eap. 1768
McGuire, A. D., Koven, C., Lawrence, D. M., Clein, J. S., Xia, J., Beer, C., et al. (2016). Variability in the sensitivity among model simulations of permafrost and carbon dynamics in the permafrost region between 1960 and 2009. Global Biogeochemical Cycles, 30(7), 1015-1037. https:// doi.org/10.1002/2016GB005405
McGuire, A. D., Lawrence, D. M., Koven, C., Clein, J. S., Burke, E., Chen, G., et al. (2018b). Dependence of the evolution of carbon dynamics in the northern permafrost region on the trajectory of climate change. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(15), 3882-3887. https://doi.org/10.1073/pnas. 1719903115
McNicol, G., Fluet-Chouinard, E., Ouyang, Z., Knox, S., Zhang, Z., Aalto, T., et al. (2023). Upscaling wetland methane emissions from the FLUXNET-CH4 Eddy covariance network (UpCH4 v1.0): Model development, network assessment, and budget comparison. AGU Advances, 4(5), e2023AV000956. https://doi.org/10.1029/2023AV000956
Mekonnen, Z. A., Riley, W. J., Berner, L. T., Bouskill, N. J., Torn, M. S., Iwahana, G., et al. (2021). Arctic tundra shrubification: A review of mechanisms and impacts on ecosystem carbon balance. Environmental Research Letters, 16(5), 28. https://doi.org/10.1088/1748-9326/abf28b

Melton, J. R., Wania, R., Hodson, E. L., Poulter, B., Ringeval, B., Spahni, R., et al. (2013). Present state of global wetland extent and wetland methane modelling: Conclusions from a model inter-comparison project (WETCHIMP). Biogeosciences, 10(2), 753-788. https://doi.org/10. 5194/bg-10-753-2013
Meredith, M., Sommerkorn, M., Cassotta, S., Derksen, C., Ekaykin, A., Hollowed, A. B., et al. (2019). Polar regions. Cambridge.
Miller, S. M., Miller, C. E., Commane, R., Chang, R. Y. W., Dinardo, S. J., Henderson, J. M., et al. (2016). A multiyear estimate of methane fluxes in Alaska from CARVE atmospheric observations. Global Biogeochemical Cycles, 30(10), 1441-1453. https://doi.org/10.1002/ 2016GB005419
Miner, K. R., Turetsky, M. R., Malina, E., Bartsch, A., Tamminen, J., McGuire, A. D., et al. (2022). Permafrost carbon emissions in a changing Arctic. Nature Reviews Earth & Environment, 3(1), 55-67. https://doi.org/10.1038/s43017-021-00230-3
Mishra, U., Hugelius, G., Shelef, E., Yang, Y., Strauss, J., Lupachev, A., et al. (2021). Spatial heterogeneity and environmental predictors of permafrost region soil organic carbon stocks. Science Advances, 7(9), eaaz5236. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz5236
Myers-Smith, I. H., Kerby, J. T., Phoenix, G. K., Bjerke, J. W., Epstein, H. E., Assmann, J. J., et al. (2020). Complexity revealed in the greening of the Arctic. Nature Climate Change, 10(2), 106-117. https://doi.org/10.1038/s41558-019-0688-1
Natali, S. M., Bronen, R., Cochran, P., Holdren, J. P., Rogers, B. M., & Treharne, R. (2022). Incorporating permafrost into climate mitigation and adaptation policy. Environmental Research Letters, 17(9), 091001. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac8c5a
Natali, S. M., Watts, J. D., Rogers, B. M., Potter, S., Ludwig, S. M., Selbmann, A.-K., et al. (2019). Large loss of CO2 in winter observed across the northern permafrost region. Nature Climate Change, 9(11), 852-857. https://doi.org/10.1038/s41558-019-0592-8
Nicolsky, D. J., Romanovsky, V. E., Alexeev, V. A., & Lawrence, D. M. (2007). Improved modeling of permafrost dynamics in a GCM landsurface scheme. Geophysical Research Letters, 34(8). https://doi.org/10.1029/2007gl029525
Nilsson, M., Mikkela, C., Sundh, I., Granberg, G., Svensson, B. H., & Ranneby, B. (2001). Methane emission from Swedish mires: National and regional budgets and dependence on mire vegetation. Journal of Geophysical Research, 106(D18), 20847-20860. https://doi.org/10.1029/ 2001jd900119
Nitze, I., Grosse, G., Jones, B. M., Romanovsky, V. E., & Boike, J. (2018). Remote sensing quantifies widespread abundance of permafrost region disturbances across the Arctic and Subarctic. Nature Communications, 9(1), 5423. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07663-3
Obu, J. (2021). How much of the Earth’s surface is underlain by permafrost? Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 126(5), e2021JF006123. https://doi.org/10.1029/2021JF006123
Obu, J., Westermann, S., Bartsch, A., Berdnikov, N., Christiansen, H. H., Dashtseren, A., et al. (2019). Northern Hemisphere permafrost map based on TTOP modelling for 2000-2016 at 1 km 2 scale. Earth-Science Reviews, 193, 299-316. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019. 04.023

Oh, Y., Zhuang, Q., Liu, L., Welp, L. R., Lau, M. C. Y., Onstott, T. C., et al. (2020). Reduced net methane emissions due to microbial methane oxidation in a warmer Arctic. Nature Climate Change, 10(4), 317-321. https://doi.org/10.1038/s41558-020-0734-z
Olefeldt, D., Euskirchen, E. S., Harden, J., Kane, E., McGuire, A. D., Waldrop, M. P., & Turetsky, M. R. (2017). A decade of boreal rich fen greenhouse gas fluxes in response to natural and experimental water table variability. Global Change Biology, 23(6), 2428-2440. https://doi. org/10.1111/gcb. 13612
Olefeldt, D., Goswami, S., Grosse, G., Hayes, D., Hugelius, G., Kuhry, P., et al. (2016). Circumpolar distribution and carbon storage of thermokarst landscapes. Nature Communications, 7(1), 13043. https://doi.org/10.1038/ncomms13043
Olefeldt, D., Hovemyr, M., Kuhn, M. A., Bastviken, D., Bohn, T. J., Connolly, J., et al. (2021). The boreal-Arctic wetland and lake dataset (BAWLD). Earth System Science Data, 13(11), 5127-5149. https://doi.org/10.5194/essd-13-5127-2021
Olefeldt, D., Roulet, N. T., Bergeron, O., Crill, P., B%ockstrand, K., & Christensen, T. R. (2012). Net carbon accumulation of a high-latitude permafrost palsa mire similar to permafrost-free peatlands. Geophysics Research Letter, 39(3), L03501. https://doi.org/10.1029/2011gl050355
Olefeldt, D., Turetsky, M. R., Crill, P. M., & McGuire, A. D. (2013). Environmental and physical controls on northern terrestrial methane emissions across permafrost zones. Global Change Biology, 19(2), 589-603. https://doi.org/10.1111/gcb. 12071
O’Neill, H. B., Wolfe, S. A., & Duchesne, C. (2019). New ground ice maps for Canada using a paleogeographic modelling approach. The Cryosphere, 13(3), 753-773. https://doi.org/10.5194/tc-13-753-2019
Öquist, M. G., Sparrman, T., Klemedtsson, L., Drotz, S. H., Grip, H., Schleucher, J., & Nilsson, M. (2009). Water availability controls microbial temperature responses in frozen soil CO2 production. Global Change Biology, 15(11), 2715-2722. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2009. 01898.x

Osterkamp, T. E., & Romanovsky, V. E. (1999). Evidence for warming and thawing of discontinuous permafrost in Alaska. Permafrost and Periglacial Processes, 10(1), 17-37. https://doi.org/10.1002/(sici)1099-1530(199901/03)10:1<17::aid-ppp303>3.0.co;2-4
Outcalt, S. I., Nelson, F. E., & Hinkel, K. M. (1990). The zero-curtain effect: Heat and mass transfer across an isothermal region in freezing soil. Water Resources Research, 26(7), 1509-1516. https://doi.org/10.1029/WR026i007p01509
Overduin, P. P., Schneider von Deimling, T., Miesner, F., Grigoriev, M. N., Ruppel, C., Vasiliev, A., et al. (2019). Submarine permafrost map in the Arctic modeled using 1-D transient heat flux (SuPerMAP). Journal of Geophysical Research: Oceans, 124(6), 3490-3507. https://doi.org/ 10.1029/2018JC014675

Overeem, I., Nienhuis, J. H., & Piliouras, A. (2022). Ice-dominated arctic deltas. Nature Reviews Earth & Environment, 3(4), 225-240. https://doi. org/10.1038/s43017-022-00268-x
Pallandt, M. M. T. A., Kumar, J., Mauritz, M., Schuur, E. A. G., Virkkala, A. M., Celis, G., et al. (2022). Representativeness assessment of the panArctic eddy covariance site network and optimized future enhancements. Biogeosciences, 19(3), 559-583. https://doi.org/10.5194/bg-19-5592022
Palmtag, J., Obu, J., Kuhry, P., Richter, A., Siewert, M. B., Weiss, N., et al. (2022). A high spatial resolution soil carbon and nitrogen dataset for the northern permafrost region based on circumpolar land cover upscaling. Earth System Science Data, 14(9), 4095-4110. https://doi.org/10. 5194/essd-14-4095-2022
Payette, S., Delwaide, A., Caccianiga, M., & Beauchemin, M. (2004). Accelerated thawing of subarctic peatland permafrost over the last 50 years. Geophysical Research Letters, 31(18), L18208. https://doi.org/10.1029/2004GL020358
Pedron, S. A., Welker, J. M., Euskirchen, E. S., Klein, E. S., Walker, J. C., Xu, X., & Czimczik, C. I. (2022). Closing the winter gap—Year-round measurements of soil CO2 emission sources in arctic tundra. Geophysical Research Letters, 49(6), e2021GL097347. https://doi.org/10.1029/ 2021GL097347
Peltola, O., Vesala, T., Gao, Y., Räty, O., Alekseychik, P., Aurela, M., et al. (2019a). Monthly gridded data product of northern wetland methane emissions based on upscaling eddy covariance observations. Earth System Science Data, 11(3), 1263-1289. https://doi.org/10.5194/essd-11-1263-2019
Peltola, O., Vesala, T., Gao, Y., Räty, O., Alekseychik, P., Aurela, M., et al. (2019b). Dataset for “monthly gridded data product of northern wetland methane emissions based on upscaling eddy covariance observations” [Dataset]. Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo. 3247295

Peng, S., Lin, X., Thompson, R. L., Xi, Y., Liu, G., Hauglustaine, D., et al. (2022). Wetland emission and atmospheric sink changes explain methane growth in 2020. Nature, 612(7940), 477-482. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05447-w
Pirk, N., Sievers, J., Mertes, J., Parmentier, F. J. W., Mastepanov, M., & Christensen, T. R. (2017). Spatial variability of CO2 uptake in polygonal tundra: Assessing low-frequency disturbances in eddy covariance flux estimates. Biogeosciences, 14(12), 3157-3169. https://doi.org/10.5194/ bg-14-3157-2017
Plaza, C., Pegoraro, E., Bracho, R., Celis, G., Crummer, K. G., Hutchings, J. A., et al. (2019). Direct observation of permafrost degradation and rapid soil carbon loss in tundra. Nature Geoscience, 12(8), 627-631. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0387-6
Poggio, L., De Sousa, L. M., Batjes, N. H., Heuvelink, G. B. M., Kempen, B., Ribeiro, E., & Rossiter, D. (2021). SoilGrids 2.0: Producing soil information for the globe with quantified spatial uncertainty. SOIL, 7(1), 217-240. https://doi.org/10.5194/soil-7-217-2021
Ramage, J. L., Kuhn, M., Virkkala, A.-M., Voigt, C., Marushchak, M. E., Bastos, A., et al. (2023). The net GHG balance and budget of the permafrost region (2000-2020) from ecosystem flux upscaling. ESS Open Archive, 29. https://doi.org/10.22541/essoar.169462008. 85493456/v1
Ran, Y., Li, X., Cheng, G., Che, J., Aalto, J., Karjalainen, O., et al. (2022). New high-resolution estimates of the permafrost thermal state and hydrothermal conditions over the Northern Hemisphere. Earth System Science Data, 14(2), 865-884. https://doi.org/10.5194/essd-14-8652022
Rantanen, M., Karpechko, A. Y., Lipponen, A., Nordling, K., Hyvärinen, O., Ruosteenoja, K., et al. (2022). The Arctic has warmed nearly four times faster than the globe since 1979. Communications Earth & Environment, 3(1), 168. https://doi.org/10.1038/s43247-022-00498-3
Raynolds, M. K., Walker, D. A., Balser, A., Bay, C., Campbell, M., Cherosov, M. M., et al. (2019). A raster version of the circumpolar arctic vegetation map (CAVM). Remote Sensing of Environment, 232, 111297. https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.111297
Reichstein, M., Bahn, M., Ciais, P., Frank, D., Mahecha, M. D., Seneviratne, S. I., et al. (2013). Climate extremes and the carbon cycle. Nature, 500(7462), 287-295. https://doi.org/10.1038/nature12350
Reid, K. A., Reid, D. G., & Brown, C. D. (2022). Patterns of vegetation change in Yukon: Recent findings and future research in dynamic subarctic ecosystems. Environmental Reviews, 30(3), 380-401. https://doi.org/10.1139/er-2021-0110
Romanovsky, V. E., & Osterkamp, T. E. (2000). Effects of unfrozen water on heat and mass transport processes in the active layer and permafrost. Permafrost and Periglacial Processes, 11(3), 219-239. https://doi.org/10.1002/1099-1530(200007/09)11:3<219::aid-ppp352>3.0.co;2-7
Rößger, N., Sachs, T., Wille, C., Boike, J., & Kutzbach, L. (2022). Seasonal increase of methane emissions linked to warming in Siberian tundra. Nature Climate Change, 12(11), 1031-1036. https://doi.org/10.1038/s41558-022-01512-4
Ruess, R. W., Winton, L. M., & Adams, G. C. (2021). Widespread mortality of trembling aspen (Populus tremuloides) throughout interior Alaskan boreal forests resulting from a novel canker disease. Plos One, 16(4), e0250078. https://doi.org/10.1371/journal.pone. 0250078
Salmon, V. G., Soucy, P., Mauritz, M., Celis, G., Natali, S. M., Mack, M. C., & Schuur, E. A. (2016). Nitrogen availability increases in a tundra ecosystem during five years of experimental permafrost thaw. Global Change Biology, 22(5), 1927-1941. https://doi.org/10.1111/gcb.13204
Saunois, M., Stavert, A. R., Poulter, B., Bousquet, P., Canadell, J. G., Jackson, R. B., et al. (2020). The global methane budget 2000-2017. Earth System Science Data, 12(3), 1561-1623. https://doi.org/10.5194/essd-12-1561-2020
Schädel, C., Bader, M. K. F., Schuur, E. A. G., Biasi, C., Bracho, R., Capek, P., et al. (2016). Potential carbon emissions dominated by carbon dioxide from thawed permafrost soils. Nature Climate Change, 6(10), 950-953. https://doi.org/10.1038/nclimate3054
Schaefer, K., Lantuit, H., Romanovsky, V. E., Schuur, E. A., & Witt, R. (2014). The impact of the permafrost carbon feedback on global climate. Environmental Research Letters, 9(8), 085003. https://doi.org/10.1088/1748-9326/9/8/085003
Scholten, R. C., Jandt, R., Miller, E. A., Rogers, B. M., & Veraverbeke, S. (2021). Overwintering fires in boreal forests. Nature, 593(7859), 399-404. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03437-y
Schuur, E. A. G., Abbott, B. W., Commane, R., Ernakovich, J., Euskirchen, E., Hugelius, G., et al. (2022). Permafrost and climate change: Carbon cycle feedbacks from the warming arctic. Annual Review of Environment and Resources, 47(1), 343-371. https://doi.org/10.1146/annurev-environ-012220-011847
Schuur, E. A. G., Bockheim, J., Canadell, J. G., Euskirchen, E., Field, C. B., Goryachkin, S. V., et al. (2008). Vulnerability of permafrost carbon to climate change: Implications for the global carbon cycle. Bioscience, 58(8), 701-714. https://doi.org/10.1641/b580807
Schuur, E. A. G., Bracho, R., Celis, G., Belshe, E. F., Ebert, C., Ledman, J., et al. (2021). Tundra underlain by thawing permafrost persistently emits carbon to the atmosphere over 15 years of measurements. Journal of Geophysical Research-Biogeosciences, 126(6). https://doi.org/10. 1029/2020jg006044
Schuur, E. A. G., McGuire, A. D., Schädel, C., Grosse, G., Harden, J. W., Hayes, D. J., et al. (2015). Climate change and the permafrost carbon feedback. Nature, 520(7546), 171-179. https://doi.org/10.1038/nature14338
Schuur, E. A. G., Vogel, J. G., Crummer, K. G., Lee, H., Sickman, J. O., & Osterkamp, T. E. (2009). The effect of permafrost thaw on old carbon release and net carbon exchange from tundra. Nature, 459(7246), 556-559. https://doi.org/10.1038/nature08031
Schwalm, C. R., Schaefer, K., Fisher, J. B., Huntzinger, D., Elshorbany, Y., Fang, Y., et al. (2019). Divergence in land surface modeling: Linking spread to structure. Environmental Research Communications, 1(11), 111004. https://doi.org/10.1088/2515-7620/ab4a8a
Segers, R. (1998). Methane production and methane consumption: A review of processes underlying wetland methane fluxes. Biogeochemistry, 41(1), 23-51. https://doi.org/10.1023/a:1005929032764
Shaver, G. R., Billings, W. D., Chapin, F. S., Giblin, A. E., Nadelhoffer, K. J., Oechel, W. C., & Rastetter, E. B. (1992). Global change and the carbon balance of arctic ecosystems. Bioscience, 42(6), 433-441. https://doi.org/10.2307/1311862
Shevtsova, I., Heim, B., Kruse, S., Schroder, J., Troeva, E. I., Pestryakova, L. A., et al. (2020). Strong shrub expansion in tundra-taiga, tree infilling in taiga and stable tundra in central Chukotka (north-eastern Siberia) between 2000 and 2017. Environmental Research Letters, 15(8), 085006. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab9059

Shi, Z., Allison, S. D., He, Y., Levine, P. A., Hoyt, A. M., Beem-Miller, J., et al. (2020). The age distribution of global soil carbon inferred from radiocarbon measurements. Nature Geoscience, 13(8), 555-559. https://doi.org/10.1038/s41561-020-0596-z
Shur, Y. L., Hinkel, K. M., & Nelson, F. E. (2005). The transient layer: Implications for geocryology and climate-change science. Permafrost and Periglacial Processes, 16(1), 5-17. https://doi.org/10.1002/ppp. 518
Shur, Y. L., & Jorgenson, M. T. (2007). Patterns of permafrost formation and degradation in relation to climate and ecosystems. Permafrost and Periglacial Processes, 18(1), 7-19. https://doi.org/10.1002/ppp. 582
Sistla, S. A., Moore, J. C., Simpson, R. T., Gough, L., Shaver, G. R., & Schimel, J. P. (2013). Long-term warming restructures Arctic tundra without changing net soil carbon storage. Nature, 497(7451), 615-618. https://doi.org/10.1038/nature12129
Sitch, S., Friedlingstein, P., Gruber, N., Jones, S. D., Murray-Tortarolo, G., Ahlström, A., et al. (2015). Recent trends and drivers of regional sources and sinks of carbon dioxide. Biogeosciences, 12(3), 653-679. https://doi.org/10.5194/bg-12-653-2015
Sjöberg, Y., Siewert, M. B., Rudy, A. C. A., Paquette, M., Bouchard, F., Malenfant-Lepage, J., & Fritz, M. (2020). Hot trends and impact in permafrost science. Permafrost and Periglacial Processes, 31(4), 461-471. https://doi.org/10.1002/ppp. 2047

Smith, N. D., Burke, E. J., Schanke Aas, K., Althuizen, I. H. J., Boike, J., Christiansen, C. T., et al. (2022). Explicitly modelling microtopography in permafrost landscapes in a land surface model (JULES vn5.4_microtopography). Geoscientific Model Development, 15(9), 3603-3639. https://doi.org/10.5194/gmd-15-3603-2022
Smith, S. L., O’Neill, H. B., Isaksen, K., Noetzli, J., & Romanovsky, V. E. (2022). The changing thermal state of permafrost. Nature Reviews Earth & Environment, 3(1), 10-23. https://doi.org/10.1038/s43017-021-00240-1
Song, X., Wang, D.-Y., Li, F., & Zeng, X.-D. (2021). Evaluating the performance of CMIP6 Earth system models in simulating global vegetation structure and distribution. Advances in Climate Change Research, 12(4), 584-595. https://doi.org/10.1016/j.accre.2021.06.008
Stofferahn, E., Fisher, J. B., Hayes, D. J., Schwalm, C. R., Huntzinger, D. N., Hantson, W., et al. (2019). The Arctic-Boreal vulnerability experiment model benchmarking system. Environmental Research Letters, 14(5), 055002. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab10fa
Strack, M., Hayne, S., Lovitt, J., McDermid, G. J., Rahman, M. M., Saraswati, S., & Xu, B. (2019). Petroleum exploration increases methane emissions from northern peatlands. Nature Communications, 10(1), 2804. https://doi.org/10.1038/s41467-019-10762-4
Strauss, J., Laboor, S., Schirrmeister, L., Fedorov, A. N., Fortier, D., Froese, D., et al. (2021). Circum-Arctic map of the Yedoma permafrost domain. Frontiers in Earth Science, 9. https://doi.org/10.3389/feart.2021.758360
Strauss, J., Laboor, S., Schirrmeister, L., Fedorov, A. N., Fortier, D., Froese, D. G., et al. (2022). Database of ice-rich Yedoma permafrost version 2 (IRYP v2). PANGAEA. https://doi.org/10.1594/PANGAEA. 940078
Strauss, J., Schirrmeister, L., Grosse, G., Fortier, D., Hugelius, G., Knoblauch, C., et al. (2017). Deep Yedoma permafrost: A synthesis of depositional characteristics and carbon vulnerability. Earth-Science Reviews, 172, 75-86. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2017.07.007
Sturm, M., Schimel, J., Michaelson, G., Welker, J. M., Oberbauer, S. F., Liston, G. E., et al. (2005). Winter biological processes could help convert arctic tundra to shrubland. Bioscience, 55(1), 17-26. https://doi.org/10.1641/0006-3568(2005)055[0017:wbpchc]2.0.co;2
Sweeney, C., Dlugokencky, E., Miller, C. E., Wofsy, S., Karion, A., Dinardo, S., et al. (2016). No significant increase in long-term CH4 emissions on North Slope of Alaska despite significant increase in air temperature. Geophysical Research Letters, 43(12), 6604-6611. https://doi.org/10. 1002/2016GL069292
Tank, S. E., Vonk, J. E., Walvoord, M. A., McClelland, J. W., Laurion, I., & Abbott, B. W. (2020). Landscape matters: Predicting the biogeochemical effects of permafrost thaw on aquatic networks with a state factor approach. Permafrost and Periglacial Processes, 31(3), 358-370. https://doi.org/10.1002/ppp. 2057
Tarnocai, C., Canadell, J. G., Schuur, E. A. G., Kuhry, P., Mazhitova, G., & Zimov, S. (2009). Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region. Global Biogeochemical Cycles, 23(2), GB2023. https://doi.org/10.1029/2008gb003327
Thornton, B. F., Wik, M., & Crill, P. M. (2016). Double-counting challenges the accuracy of high-latitude methane inventories. Geophysical Research Letters, 43(24), 12569-12577. https://doi.org/10.1002/2016gl071772
Treat, C. C., Bloom, A. A., & Marushchak, M. E. (2018b). Non-growing season methane emissions-A significant component of annual emissions across northern ecosystems. Global Change Biology, 24(8), 3331-3343. https://doi.org/10.1111/gcb. 14137
Treat, C. C., Bloom, A. A., & Marushchak Maija, E. (2018a). Cumulative growing season, non-growing season, and annual methane fluxes from temperate, boreal, and tundra wetlands and uplands [Dataset]. PANGAEA. https://doi.org/10.1594/PANGAEA. 886976
Treat, C. C., Jones, M. C., Alder, J., Sannel, A. B. K., Camill, P., & Frolking, S. (2021). Predicted vulnerability of carbon in permafrost peatlands with future climate change and permafrost thaw in western Canada. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, e2020JG005872. https://doi.org/10.1029/2020JG005872
Treat, C. C., Jones, M. C., Camill, P., Gallego-Sala, A., Garneau, M., Harden, J. W., et al. (2016). Effects of permafrost aggradation on peat properties as determined from a pan-Arctic synthesis of plant macrofossils. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 121(1), 78-94. https://doi.org/10.1002/2015JG003061
Treat, C. C., Kleinen, T., Broothaerts, N., Dalton, A. S., Dommain, R., Douglas, T. A., et al. (2019). Widespread global peatland establishment and persistence over the last 130,000 y. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A., 116(4827). 201813305. https://doi.org/10.1073/ pnas. 1813305116
Treat, C. C., Natali, S. M., Ernakovich, J., Iversen, C. M., Lupascu, M., McGuire, A. D., et al. (2015). A pan-Arctic synthesis of and production from anoxic soil incubations. Global Change Biology, 21(7), 2787-2803. https://doi.org/10.1111/gcb. 12875
Treharne, R., Bjerke, J. W., Tømmervik, H., Stendardi, L., & Phoenix, G. K. (2019). Arctic browning: Impacts of extreme climatic events on heathland ecosystem CO2 fluxes. Global Change Biology, 25(2), 489-503. https://doi.org/10.1111/gcb.14500
Tsuruta, A., Kivimäki, E., Lindqvist, H., Karppinen, T., Backman, L., Hakkarainen, J., et al. (2023). CH4 fluxes derived from assimilation of TROPOMI XCH4 in carbontracker Europe-CH4: Evaluation of seasonality and spatial distribution in the northern high latitudes. Remote Sensing, 15(6), 1620. https://doi.org/10.3390/rs15061620
Turetsky, M. R., Abbott, B. W., Jones, M. C., Anthony, K. W., Olefeldt, D., Schuur, E. A. G., et al. (2020). Carbon release through abrupt permafrost thaw. Nature Geoscience, 13(2), 138-143. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0526-0
Turetsky, M. R., Kotowska, A., Bubier, J., Dise, N. B., Crill, P., Hornibrook, E. R. C., et al. (2014). A synthesis of methane emissions from 71 northern, temperate, and subtropical wetlands. Global Change Biology, 20(7), 2183-2197. https://doi.org/10.1111/gcb. 12580
Ueyama, M., Iwata, H., Nagano, H., Tahara, N., Iwama, C., & Harazono, Y. (2019). Carbon dioxide balance in early-successional forests after forest fires in interior Alaska. Agricultural and Forest Meteorology, 275, 196-207. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2019.05.020
Van Wees, D., Van Der Werf, G. R., Randerson, J. T., Rogers, B. M., Chen, Y., Veraverbeke, S., et al. (2022). Global biomass burning fuel consumption and emissions at 500 m spatial resolution based on the Global Fire Emissions Database (GFED). Geoscientific Model Development, 15(22), 8411-8437. https://doi.org/10.5194/gmd-15-8411-2022
Varner, R. K., Crill, P. M., Frolking, S., McCalley, C. K., Burke, S. A., Chanton, J. P., et al. (2022). Permafrost thaw driven changes in hydrology and vegetation cover increase trace gas emissions and climate forcing in Stordalen Mire from 1970 to 2014. Philosophical Transactions of the Royal Society a-Mathematical Physical and Engineering Sciences, 380(2215). https://doi.org/10.1098/rsta.2021.0022
Varney, R. M., Chadburn, S. E., Burke, E. J., & Cox, P. M. (2022). Evaluation of soil carbon simulation in CMIP6 Earth system models. Biogeosciences, 19(19), 4671-4704. https://doi.org/10.5194/bg-19-4671-2022
Veraverbeke, S., Delcourt, C. J. F., Kukavskaya, E., Mack, M., Walker, X., Hessilt, T., et al. (2021). Direct and longer-term carbon emissions from arctic-boreal fires: A short review of recent advances. Current Opinion in Environmental Science & Health, 23, 100277. https://doi.org/10. 1016/j.coesh.2021.100277
Virkkala, A. M., Aalto, J., Rogers, B. M., Tagesson, T., Treat, C. C., Natali, S. M., et al. (2021b). Data for: “Statistical upscaling of ecosystem CO2 fluxes across the terrestrial tundra and boreal domain: Regional patterns and uncertainties” [Dataset]. Zenodo. https://doi.org/10.5281/zenodo. 4519583
Virkkala, A. M., Aalto, J., Rogers, B. M., Tagesson, T., Treat, C. C., Natali, S. M., et al. (2021a). Statistical upscaling of ecosystem CO2 fluxes across the terrestrial tundra and boreal domain: Regional patterns and uncertainties. Global Change Biology, 27(17), 4040-4059. https://doi. org/10.1111/gcb. 15659

Virkkala, A. M., Natali, S., Rogers, B. M., Watts, J. D., Savage, K., Connon, S. J., et al. (2021c). The ABCflux database: Arctic-boreal CO2 flux and site environmental data, 1989-2020 [Dataset]. ORNL Distributed Active Archive Center. https://doi.org/10.3334/ORNLDAAC/1934
Virkkala, A. M., Natali, S. M., Rogers, B. M., Watts, J. D., Savage, K., Connon, S. J., et al. (2022). The ABCflux database: Arctic-boreal CO2 flux observations and ancillary information aggregated to monthly time steps across terrestrial ecosystems. Earth System Science Data, 14(1), 179-208. https://doi.org/10.5194/essd-14-179-2022
Virkkala, A. M., Virtanen, T., Lehtonen, A., Rinne, J., & Luoto, M. (2018). The current state of CO2 flux chamber studies in the arctic tundra: A review. Progress in Physical Geography-Earth and Environment, 42(2), 162-184. https://doi.org/10.1177/0309133317745784
Vitt, D. H., Halsey, L. A., & Zoltai, S. C. (2000). The changing landscape of Canada’s western boreal forest: The current dynamics of permafrost. Canadian Journal of Forest Research-Revue Canadienne De Recherche Forestiere, 30(2), 283-287. https://doi.org/10.1139/cjfr-30-2-283
Voigt, C., Virkkala, A.-M., Hould Gosselin, G., Bennett, K. A., Black, T. A., Detto, M., et al. (2023). Arctic soil methane sink increases with drier conditions and higher ecosystem respiration. Nature Climate Change, 13(10), 1095-1104. https://doi.org/10.1038/s41558-023-01785-3
Vonk, J. E., Tank, S. E., Bowden, W. B., Laurion, I., Vincent, W. F., Alekseychik, P., et al. (2015). Reviews and syntheses: Effects of permafrost thaw on Arctic aquatic ecosystems. Biogeosciences, 12(23), 7129-7167. https://doi.org/10.5194/bg-12-7129-2015
Vonk, J. E., Tank, S. E., & Walvoord, M. A. (2019). Integrating hydrology and biogeochemistry across frozen landscapes. Nature Communications, 10(1), 5377. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13361-5
Walker, D. A., Raynolds, M. K., Daniëls, F. J. A., Einarsson, E., Elvebakk, A., Gould, W. A., et al. (2005). The Circumpolar Arctic vegetation map. Journal of Vegetation Science, 16(3), 267-282. https://doi.org/10.1111/j.1654-1103.2005.tb02365.x(2005)016[0267:TCAVM]2.0.CO;2
Walker, H. J. (1998). Arctic deltas. Journal of Coastal Research, 14(3), 719-738.
Walker, X. J., Baltzer, J. L., Cumming, S. G., Day, N. J., Ebert, C., Goetz, S., et al. (2019). Increasing wildfires threaten historic carbon sink of boreal forest soils. Nature, 572(7770), 520-523. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1474-y
Walter Anthony, K. M., Anthony, P., Grosse, G., & Chanton, J. (2012). Geologic methane seeps along boundaries of Arctic permafrost thaw and melting glaciers. Nature Geoscience, 5(6), 419-426. https://doi.org/10.1038/ngeo1480
Walter Anthony, K. M., Zimov, S. A., Grosse, G., Jones, M. C., Anthony, P. M., Iii, F. S. C., et al. (2014). A shift of thermokarst lakes from carbon sources to sinks during the Holocene epoch. Nature, 511(7510), 452-456. https://doi.org/10.1038/nature13560
Wang, J. A., Sulla-Menashe, D., Woodcock, C. E., Sonnentag, O., Keeling, R. F., & Friedl, M. A. (2020). Extensive land cover change across Arctic-Boreal Northwestern North America from disturbance and climate forcing. Global Change Biology, 26(2), 807-822. https://doi.org/10. 1111/gcb. 14804
Ward Jones, M. K., Schwoerer, T., Gannon, G. M., Jones, B. M., Kanevskiy, M. Z., Sutton, I., et al. (2022). Climate-driven expansion of northern agriculture must consider permafrost. Nature Climate Change, 12(8), 699-703. https://doi.org/10.1038/s41558-022-01436-z
Watts, J. D., Farina, M., Kimball, J. S., Schiferl, L. D., Liu, Z. H., Arndt, K. A., et al. (2023). Carbon uptake in Eurasian boreal forests dominates the high-latitude net ecosystem carbon budget. Global Change Biology, 29(7), 1870-1889. https://doi.org/10.1111/gcb. 16553
Watts, J. D., Natali, S. M., Minions, C., Risk, D., Arndt, K., Zona, D., et al. (2021). Soil respiration strongly offsets carbon uptake in Alaska and Northwest Canada. Environmental Research Letters, 16(8), 084051. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac1222
Webster, K. L., Bhatti, J. S., Thompson, D. K., Nelson, S. A., Shaw, C. H., Bona, K. A., et al. (2018). Spatially-integrated estimates of net ecosystem exchange and methane fluxes from Canadian peatlands. Carbon Balance and Management, 13(1), 16. https://doi.org/10.1186/ s13021-018-0105-5
Whalen, S. C. (2005). Biogeochemistry of methane exchange between natural wetlands and the atmosphere. Environmental Engineering Science, 22(1), 73-94. https://doi.org/10.1089/ees.2005.22.73
Wik, M., Varner, R. K., Anthony, K. W., MacIntyre, S., & Bastviken, D. (2016). Climate-sensitive northern lakes and ponds are critical components of methane release. Nature Geoscience, 9(2), 99-105. https://doi.org/10.1038/ngeo2578
Xu, X., Riley, W. J., Koven, C. D., Billesbach, D. P., Chang, R. Y. W., Commane, R., et al. (2016). A multi-scale comparison of modeled and observed seasonal methane emissions in northern wetlands. Biogeosciences, 13(17), 5043-5056. https://doi.org/10.5194/bg-13-5043-2016
Xu, X., Riley, W. J., Koven, C. D., & Jia, G. (2018). Observed and simulated sensitivities of spring greenup to preseason climate in northern temperate and boreal regions. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 123(1), 60-78. https://doi.org/10.1002/2017JG004117
Xu, X., Yuan, F., Hanson, P. J., Wullschleger, S. D., Thornton, P. E., Riley, W. J., et al. (2016). Reviews and syntheses: Four decades of modeling methane cycling in terrestrial ecosystems. Biogeosciences, 13(12), 3735-3755. https://doi.org/10.5194/bg-13-3735-2016
Yang, M., Nelson, F. E., Shiklomanov, N. I., Guo, D., & Wan, G. (2010). Permafrost degradation and its environmental effects on the Tibetan plateau: A review of recent research. Earth-Science Reviews, 103(1), 31-44. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2010.07.002
Yu, Z., Loisel, J., Brosseau, D. P., Beilman, D. W., & Hunt, S. J. (2010). Global peatland dynamics since the last glacial maximum. Geophysical Research Letters, 37(13), L13402. https://doi.org/10.1029/2010g1043584
Zaehle, S., Jones, C. D., Houlton, B., Lamarque, J.-F., & Robertson, E. (2015). Nitrogen availability reduces CMIP5 projections of twenty-firstcentury land carbon uptake. Journal of Climate, 28(6), 2494-2511. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-13-00776.1
Zhang, Z., Fluet-Chouinard, E., Jensen, K., McDonald, K., Hugelius, G., Gumbricht, T., et al. (2021). Development of the global dataset of wetland area and dynamics for methane modeling (WAD2M). Earth System Science Data, 13(5), 2001-2023. https://doi.org/10.5194/essd-13-2001-2021
Zhang, Z., Poulter, B., Feldman, A. F., Ying, Q., Ciais, P., Peng, S., & Li, X. (2023). Recent intensification of wetland methane feedback. Nature Climate Change, 13(5), 430-433. https://doi.org/10.1038/s41558-023-01629-0
Zimov, N. S., Zimov, S. A., Zimova, A. E., Zimova, G. M., Chuprynin, V. I., & Chapin, F. S., III. (2009). Carbon storage in permafrost and soils of the mammoth tundra-steppe biome: Role in the global carbon budget. Geophysics Research Letter, 36(2). https://doi.org/10.1029/ 2008g1036332
Zolkos, S., Tank, S. E., Kokelj, S. V., Striegl, R. G., Shakil, S., Voigt, C., et al. (2022). Permafrost landscape history shapes fluvial chemistry, ecosystem carbon balance, and potential trajectories of future change. Global Biogeochemical Cycles, 36(9), e2022GB007403. https://doi.org/ 10.1029/2022GB007403

Zona, D., Gioli, B., Commane, R., Lindaas, J., Wofsy, S. C., Miller, C. E., et al. (2016). Cold season emissions dominate the Arctic tundra methane budget. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(1), 40-45. https://doi.org/10.1073/pnas. 1516017113

Dinerstein, E., Olson, D., Joshi, A., Vynne, C., Burgess, N. D., Wikramanayake, E., et al. (2017). An ecoregion-based approach to protecting half the terrestrial realm. Bioscience, 67(6), 534-545. https://doi.org/10.1093/biosci/bix014

10.1029/2023JG007638

Claire C. Treatx and Anna-Maria Virkkala share first authorship. Invited review paper for the twentieth anniversary edition of J . Geophysical Research-Biogeosciences (published by AGU).

Key Points:

Supporting Information may be found in the online version of this article.

C. C. Treat and A.-M. Virkkala, Claire.treat@awi.de;
avirkkala@woodwellclimate.org

Treat, C. C., Virkkala, A.-M., Burke, E., Bruhwiler, L., Chatterjee, A., Fisher, J. B., et al. (2024). Permafrost carbon: Progress on understanding stocks and fluxes across northern terrestrial ecosystems. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 129, e2023JG007638. https://doi.org/10. 1029/2023JG007638

Received 13 OCT 2023
Accepted 7 FEB 2024

This is an open access article under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial License, which permits use, distribution and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited and is not used for commercial purposes.

The permafrost region covers approximately of the land area in the northern hemisphere (Obu et al., 2019). The broad-scale distribution of permafrost on Earth is controlled by climate conditions, with the largest areas occurring in the Arctic and boreal regions, which are the focus of this study (Figure 1). Extensive permafrost is also found on the Tibetan plateau (Yang et al., 2010). Permafrost affects many aspects of ecosystem function, including hydrology, vegetation, and carbon and nutrient cycling (Schuur et al., 2008). Permafrost soils are often carbon ( C ) rich because cold and wet conditions limit microbial decomposition of organic material, allowing for the accumulation of a globally significant soil C stock (Hugelius et al., 2014; Strauss et al., 2021). However, climate warming is increasing soil temperatures (Biskaborn et al., 2019) and thawing permafrost (Nitze et al., 2018), enabling microbial transformation of some portion of these long-protected soil C stocks, contributing to greenhouse gas emissions and climate change (Schaefer et al., 2014; Schuur et al., 2015, 2022). However, there is large uncertainty in future climate projections with implications for international greenhouse gas emissions policy decisions (Natali et al., 2022).

Over the last 20 years, research on permafrost region C cycling and climate feedbacks has seen tremendous progress and growth (Sjöberg et al., 2020) through the integration of traditionally separate disciplines including ecology, soil science, biogeochemistry, atmospheric science, hydrology, geophysics, remote sensing, and modeling. In this paper, we synthesize current knowledge of permafrost ecosystem characteristics controlling C cycling as well as the measured and modeled terrestrial carbon dioxide ( ) and methane ( ) exchange between permafrost ecosystems and the atmosphere to identify next steps in understanding permafrost region C cycling.

Permafrost is defined as subsurface earth material with temperature at or below for at least two consecutive years (Harris et al., 1988). Located between the ground surface and the continuously frozen permafrost, the “active layer” thaws and refreezes annually. Here, the majority of soil biological processes occur, including the formation and decomposition of soil organic matter. Permafrost occurs throughout the boreal, sub-Arctic and tundra landscapes (Figure 1). Within the broader climatic constraints of the permafrost domain, permafrost occurrence at a given site is moderated by local factors, such as slope and aspect, hydrology and soil moisture conditions, winter snow depth, vegetation cover, as well as the soil properties and ground ice (Shur & Jorgenson, 2007). These factors can vary considerably over distances of meters to kilometers, so areas with and without permafrost can coexist under similar climate. Additional key variables characterizing the state of permafrost include ground temperature, active layer thickness, ground ice content, and permafrost formation history (Jorgenson & Osterkamp, 2005; Osterkamp & Romanovsky, 1999; Romanovsky & Osterkamp, 2000; Shur et al., 2005; S. L. Smith et al., 2022).

The circum-Arctic permafrost region is often mapped as four regions: a continuous zone ( of land surface covered by permafrost), a discontinuous zone ( permafrost), a sporadic zone ( ) and isolated ( ) zone (Brown et al., 1998, revised 2001). Multiple new spatial data products for permafrost characteristics in the northern high latitudes are now available (Table 1). These products suggest relatively similar aerial extents for permafrost in the exposed land area ( 14 and ). If the entire permafrost region with its discontinuous zones without permafrost are considered, the permafrost region can cover up to (Table 1); the Arctic-boreal permafrost domain, the focus of our review, covers (Hugelius et al., 2023). Many permafrost maps largely build on the first permafrost map of the International Permafrost Association (IPA) (Brown et al., 1998, revised 2001). This was based on field mapping and manual digitizing of permafrost in different regions-a formidable effort that has not been repeated since. Most “modern”

mapping approaches either rely on statistical relationships between climatic conditions and permafrost variables or on process-based models simulating ground thermal regimes (Obu et al., 2019; Ran et al., 2022). With such methods, gridded products of climate variables, such as air temperatures from climate re-analyses or remotely sensed land surface temperature, can be combined with geospatial data characterizing the landscape so that the effect of local factors on the ground thermal regime are better captured.

Permafrost maps are generally designed as “static” on timescales of several decades, and while useful to identify the spatial distribution of permafrost, the static concept is challenged by rapidly warming climate conditions in most permafrost areas (Rantanen et al., 2022). In-situ monitoring networks show increasing ground temperatures and a deepening of the active layer throughout most of the permafrost domain (Biskaborn et al., 2019; S. L. Smith et al., 2022). Furthermore, the formation of taliks, or the persistent unfrozen soil layer in a permafrost soil that forms when soils no longer freeze down to permafrost, is now widespread across Alaska (Farquharson et al., 2022). More abrupt disturbances such as retrogressive thaw slumps (mass movement and erosion on slopes), thermokarst lake and wetland formation, and thermokarst landscapes in general (i.e., land surface where the thawing of ice-rich permafrost terrain causes land subsidence) have been reported across all permafrost zones (Jorgenson et al., 2006; Nitze et al., 2018; Payette et al., 2004). Consequently, while the broad-scale extent and