Editorial: Impact of the COVID-19 lockdown on the atmosphere

[no abstract available

The impact of COVID-19 lockdown measures on the Indian summer monsoon

Aerosol concentrations over Asia play a key role in modulating the Indian summer monsoon (ISM) rainfall. Lockdown measures imposed to prevent the spread of the COVID-19 pandemic led to substantial reductions in observed Asian aerosol loadings. Here, we use bottom-up estimates of anthropogenic emissions based on national mobility data from Google and Apple, along with simulations from the ECHAM6-HAMMOZ state-of-the-art aerosol-chemistry-climate model to investigate the impact of the reduced aerosol and gases pollution loadings on the ISM. We show that the decrease in anthropogenic emissions led to a 4 W m−2 increase in surface solar radiation over parts of South Asia, which resulted in a strengthening of the ISM. Simultaneously, while natural emission parameterizations are kept the same in all our simulations, the anthropogenic emission reduction led to changes in the atmospheric circulation, causing accumulation of dust over the Tibetan plateau (TP) during the pre-monsoon and monsoon seasons. This accumulated dust has intensified the warm core over the TP that reinforced the intensification of the Hadley circulation. The associated cross-equatorial moisture influx over the Indian landmass led to an enhanced amount of rainfall by 4% (0.2 mm d−1) over the Indian landmass and 5%–15% (0.8–3 mm d−1) over central India. These estimates may vary under the influence of large-scale coupled atmosphere–ocean oscillations (e.g. El Nino Southern Oscillation, Indian Ocean Dipole). Our study indicates that the reduced anthropogenic emissions caused by the unprecedented COVID-19 restrictions had a favourable effect on the hydrological cycle over South Asia, which has been facing water scarcity during the past decades. This emphasizes the need for stringent measures to limit future anthropogenic emissions in South Asia for protecting one of the world's most densely populated regions

The stilbene biosynthetic pathway and its regulation in Scots pine

Conifers dominate the boreal forests of the Northern Hemisphere, and especially members of the family Pinaceae have great economic and ecological significance. Part of their success is thought to arise from the vast array of secondary metabolites they produce. The products of secondary metabolism are essential for plants to survive in the ever-changing environment. In Scots pine (Pinus sylvestris L.), two groups of secondary metabolites, stilbenes and resin acids, are crucial for decay resistance of heartwood timber and for active defense responses against herbivores and fungal pathogens. Several studies have shown that stilbenes improve decay resistance of pine heartwood. Since there is wide variation in the concentration of stilbenes between individuals and the trait has high heritability, it may be possible to breed heartwood that is more decay-resistant. However, breeding for heartwood properties is slow, since the decay resistance characteristics can be estimated at the earliest from 30-year-old trees. Early selection methods utilizing genetic markers or chemical screening are needed, but we do not yet understand which genes control the biosynthesis of stilbenes and what the genetic differences are between individuals that explain the variation in the capacity to produce stilbenes. Importantly, there is genetic correlation between stress-induced stilbene biosynthesis in seedlings and the heartwood stilbene content in their adult mother trees. Here, we examined the pine transcriptional responses under two conditions that were previously known to activate stilbene biosynthesis: heartwood formation in adult trees and ultraviolet (UV)-C treatment of needles in seedlings. We found that these two conditions had very little in common, except for the activation of stilbene pathway genes. For example, the regulators of the two responses seemed not to be shared. The activation of the stilbene pathway in response to UV-C treatment occurred a few hours after the onset of the treatment and was independent of translation. Stilbene biosynthesis seems to be an early defense response in Scots pine. Heartwood formation, an important developmental process in the senescence of secondary xylem, is poorly understood. Based on transcriptomic analysis, stilbene biosynthesis occurs in situ in the transition zone between the sapwood and heartwood, but resin acids were synthesized primarily in the sapwood. Bifunctional nuclease, an enzyme involved in the process of developmentally programmed cell death (dPCD), is a useful marker for heartwood formation and aided us in defining the timing of the process, from spring to late autumn. Expression of this marker, which is strictly confined to dPCD conditions, further clarified that heartwood formation truly is a process that is initiated by intrinsic programming instead of environmental cues. The transcriptomic data revealed that the expression of the previously characterized pinosylvin O-methyltransferase gene, PMT1, was not induced under stilbene-forming conditions. A new PMT-encoding gene, PMT2, was identified by coexpression analysis. The gene showed an inducible expression pattern very similar to that of the stilbene synthase gene under all conditions studied. PMT2 furthermore methylated pinosylvin with high specificity, in contrast to PMT1, which accepted several substrates.Pohjoisen pallonpuoliskon kasvillisuus on havumetsien hallitsemaa ja etenkin mäntykasvien (Pinaceae) heimoon kuuluu taloudellisesti ja ekologisesti merkittäviä lajeja. Yksi selitys havupuiden menestykselle saattaa olla niiden kyky tuottaa laaja kirjo erilaisia sekundaariyhdisteitä. Männyn (Pinus sylvestris L.) tärkeimpiin sekundaariyhdisteisiin kuuluvat stilbeenit ja terpeenit toimivat puolustuksessa tuholaisia ja patogeenejä vastaan. Aikaisemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että aktiivisen puolustuksen lisäksi etenkin stilbeenit parantavat männyn sydänpuun lahonkestävyyttä. Sydänpuun stilbeenien määrä vaihtelee huomattavasti yksilöiden välillä ja ominaisuus on periytyvä, mikä mahdollistaa sydänpuun lahonkestävyyden parantamisen jalostuksen keinoin. Sydänpuun laatuominaisuuksien jalostus on kuitenkin hidasta ja varhaisvalintaan soveltuvien geenimerkkien tunnistaminen nopeuttaisi jalostusprosessia. Emme kuitenkaan vielä tiedä, mitkä geenit säätelevät stilbeenien biosynteesiä ja selittävät erot sydänpuun stilbeenien määrässä. Stilbeenien tuotanto käynnistyy erilaisten stressitekijöiden vaikutuksesta neulasissa ja mantopuussa. Indusoituva tuotanto korreloi sydänpuun stilbeenien määrän kanssa ja tätä voidaan mahdollisesti hyödyntää kemiallisessa seulonnassa taimien varhaisvalinnassa. Tässä väitöskirjassa tutkittiin muutoksia männyn transkriptomissa sydänpuun muodostumisen aikana ja UV-C käsittelyn seurauksena. Stilbeenien biosynteesireitin entsyymejä koodavat geenit aktivoituivat kummassakin tapauksessa, mutta muuten transkriptomeilla oli hyvin vähän yhteistä. Esimerkiksi yhteisiä transkriptiota sääteleviä tekijöitä ei löydetty ja vaikuttaakin siltä, että eri transkriptiofaktorit säätelevät stilbeenien biosynteesireittiä sydänpuun kehityksen aikana ja stressitekijöiden vaikutuksesta. Sydänpuun muodostumisen aikana puussa tapahtuvat kemialliset ja rakenteelliset muutokset tunnetaan joillakin lajeilla hyvin, mutta itse prosessin ajoittuminen sekä käynnistymiseen ja säätelyyn vaikuttavat tekijät ovat vielä suurelta osin tuntemattomia. Stilbeenin biosynteesistä vastaavat geenit ilmenivät vaihettumisvyöhykkeellä mantopuun ja sydänpuun välissä, jossa sydänpuun muodostuminen käynnistyy ja näin tukee aiempaa käsitystä stilbeenien in situ biosynteesistä. Hartsihappojen biosynteesistä vastaavat geenit taas ilmenivät lähinnä mantopuussa, jolloin ne todennäköisesti kuljetetaan vaihettumisvyöhykkeelle sen ulkopuolelta. Ohjelmoidulla solukuolemalla on suuri merkitys sekä kasvin kehityksessä, että stressivasteissa. Bifunktionaalinen nukleaasi (BFN) on entsyymi, joka on yhdistetty aiemmissa tutkimuksissa spesifisesti kasvien kehityksellisiin tapahtumiin. Entsyymiä koodaavan geenin havaittiin ilmenevän ainoastaan vaihettumisvyöhykkeellä. Tämä tukee hypoteesia, jonka mukaan sydänpuun muodostuminen on sisäisesti säädelty eikä ympäristötekijöiden laukaisema tapahtuma. Bifunktionaalinen nukleaasi toimi myös hyödyllisenä markkerina sydänpuun muodostumisen ajoittamisessa keväästä myöhäiseen syksyyn. Transkriptiodata paljasti, että aiemmin tunnistettu stilbeenireitin viimeistä reaktiota katalysoiva metyylitransferaasientsyymiä (PMT1) koodaava geeni ei indusoitunut tutkituissa stilbeenejä tuottavissa olosuhteissa. Tunnistimme uuden metyylitransferaasia koodaavan geenin (PMT2), jonka ekspressioprofiili vastasi stilbeenireitin toisen entsyymin, stilbeenisyntaasin ekspressiota kaikissa tutkituissa olosuhteissa. PMT2 metyloi spesifisesti pinosylviiniä kun taas PMT1 metyloi stilbeenien lisäksi useita rakenteellisesti erilaisia substraatteja

A Superstring Theory for Fractal Spacetime, Chaos and Quantumlike Mechanics in Atmospheric Flows

Atmospheric flows exhibit long-range spatiotemporal correlations manifested as the fractal geometry to the global cloud cover pattern concomitant with inverse power law form for spectra of temporal fluctuations. Such non-local connections are ubiquitous to dynamical systems in nature and are identified as signatures of self-organized criticality A recently developed cell dynamical system model for atmospheric flows predicts the observed self-organized criticality as intrinsic to quantumlike mechanics governing flow dynamics. The model predicts the following: (a) The flow structure consists of an overall logarithmic spiral trajectory with the quasiperiodic Penrose tiling pattern for the internal structure. (b) The universal algorithm for self-organized criticality is expressed in terms of the universal Feigenbaum's constants. (c) The Feigenbaum's constants are expressed as functions of the golden mean. (d) The quantum mechanical constants ' fine structure constant' and 'ratio of proton mass to electron mass' which are pure numbers and obtained by experimental observations only, are now derived in terms of the Feigenbaum's constant a. (e) Atmospheric flow structure follows Kepler's third law of planetary motion. Therefore Newton's inverse square law for gravitation applies to eddy masses also. The centripetal acceleration representing inertial masses (of eddies) are equivalent to gravitational masses. Fractal structure to the space-time continuum can be visualized as a nested continuum of vortex (eddy) circulations whose inertial masses obey Newton's inverse square law of gravitation. The model concepts are equivalent to a superstring model for subatomic dynamics which incorporates gravitational forces.Comment: 20 pages, 3 figures. Submitted for publication in 'Chaos,Solitons and Fractals' removed a hyperlink to my websit