Global maps of soil temperature.

Research in global change ecology relies heavily on global climatic grids derived from estimates of air temperature in open areas at around 2 m above the ground. These climatic grids do not reflect conditions below vegetation canopies and near the ground surface, where critical ecosystem functions occur and most terrestrial species reside. Here, we provide global maps of soil temperature and bioclimatic variables at a 1-km <sup>2</sup> resolution for 0-5 and 5-15 cm soil depth. These maps were created by calculating the difference (i.e. offset) between in situ soil temperature measurements, based on time series from over 1200 1-km <sup>2</sup> pixels (summarized from 8519 unique temperature sensors) across all the world's major terrestrial biomes, and coarse-grained air temperature estimates from ERA5-Land (an atmospheric reanalysis by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). We show that mean annual soil temperature differs markedly from the corresponding gridded air temperature, by up to 10°C (mean = 3.0 ± 2.1°C), with substantial variation across biomes and seasons. Over the year, soils in cold and/or dry biomes are substantially warmer (+3.6 ± 2.3°C) than gridded air temperature, whereas soils in warm and humid environments are on average slightly cooler (-0.7 ± 2.3°C). The observed substantial and biome-specific offsets emphasize that the projected impacts of climate and climate change on near-surface biodiversity and ecosystem functioning are inaccurately assessed when air rather than soil temperature is used, especially in cold environments. The global soil-related bioclimatic variables provided here are an important step forward for any application in ecology and related disciplines. Nevertheless, we highlight the need to fill remaining geographic gaps by collecting more in situ measurements of microclimate conditions to further enhance the spatiotemporal resolution of global soil temperature products for ecological applications

Multiple noncritical phase-matchings in biaxial KTP crystal

А general approach is developed and conditions of noncritical phase matchings (РМ) of different multiplicity for the sum frequency generation process are analyzed taking a biaxial КТР crystal as an example. The approach is based on the consideration of general properties of a РМ surface constructed in the frequency and angle coordinates, analysis of their singular lines and intersection points of those lines. The lines of non-criticality in signal frequency or in the propagation angles of the interacting waves have been consid- ered on the РМ surface. The classification of double-uncritical (in frequency and one of the angles or in two angles) РМs is proposed. The possibility to realize a triple non-criti- cality in three independent quantities, for example, frequency and two angles, has been shown. It is found that the double non-criticality (in frequency and IR signal divergence) region can be scanned over the whole transparency range of КТР under frequency tuning of the long-wavelength laser pumping. Мultiple non-critical РМs allow visualizing the broadband IR spectra and IR images.На прикладi двовiсного кристала КTР розвинуто загальний пiдхiд i проведено аналiз умов некритичних фазових синхронiзмiв (ФС) рiзної кратностi для процесу генерацiї сумарної частоти. Пiдхiд заснований на розглядi загальних властивостей поверхнi ФС, побудованої у координатах частот i кутiв, та аналiзi особливих лiнiй i точок їхнього перетину. На поверхнi ФС розглянуто лiнiї некритичностi за частотою сигналу чи кутами поширення взаемодiючих хвиль. 3апропоновано класифiкацiю двократних некритичних ФС (за частотою й одном з кутiв чи за двома кутами). Показано можливiсть реалiзацiї трикратної некритичностi за трьома незалежними величинами, наприклад, частотою i двома кутами. Встановлено, що область двократної некритичностi за частотою та розбiжнiстю IЧ сигналу може скануватися вздовж всiєї областi прозоростi КТР при змiнi частоти довгохвильової лазерної накачки. Кратнi некритичнi ФС дозволяють вiзуалiзувати широкосмуговi IЧ спектри та IЧ зображення.На примере двухосного кристалла КTР развит общий подход и проведен анализ условий некритичных фазовых синхронизмов (ФС) различной кратности для процесса генерации суммарной частоты. Подход основан на рассмотрении общих свойств поверхности ФС, построенной в координатах частот и углов, анализе их особых линий, а также точек пересечения этих линий. На поверхности ФС рассмотрены линии некритичности по частоте сигнала или углам распространения взаимодействующих волн. Предложена классификация двукратных некритичных ФС (по частоте и одному из углов или по двум углам). Показана возможность реализации некритичности по трем независимым величинам, например, частоте и двум углам. Установлено, что область двукратной некритичности по частоте и расходимости ИК сигнала может сканироваться по всей области прозрачности КТР при перестройке частоты длинноволновой лазерной накачки. Кратные некритичные ФС позволяют визуализировать широкополосные ИК спектры и ИК изображения

Broadband tunable and multiple noncritical phase matchings in LBO crystal

The multiple (double and triple) phase matchings (noncritical in the frequency and propagation directions of interacting waves) for the sum frequency generation in a lithium triborate (LBO) crystal have been studied. The use of the vectorial group phase matching and multiple noncritical ones for frequency conversion in a LBO crystal makes it possible to extend substantially the tuning region of the broadband frequency conversion up to overlapping essentially the whole region of the crystal transparency (0.45 to 2.6 pm) and to attain a large conversion band (≥ 2000 cm⁻¹) at a large permissible acceptance angle of the signal radiation (about 2° for about 3 mm thick crystals) within a broad spectral range. The broadband region of frequency conversion is tuned by variation of the pump wavelength within 0.54 to 2.6 pm range using various interaction types in the principal planes: XZ (ee-o, eo-e, oe-e), YZ (eo-o, oe-o), and XY (oo-e). The broadband frequency conversion of IR radiation at noncritical phase matching combined with the large permissible pumping divergence is expected to be useful in the IR image visualization.Исследованы направлением объемной и интегральной нелинейной оптики. В работе исследуются кратные (двойные и тройные) некритичные (по частоте и направлениям распространения взаимодействующих волн) фазовые синхронизмы в кристалле трибората лития (LBO) для процесса генерации суммарной частоты. Использование векторного группового и кратных некритичных фазовых синхронизмов для преобразования частоты в кристалле LBO позволяет как существенно расширить область перестройки широкополосного преобразования частоты с целью перекрыть практически всю область прозрачности кристалла LBO (0.45-2.6 мкм), так и достичь ширины полосы преобразования (≥ 2000 см⁻¹) при большом допустимом угле приема сигнального излучения (~2° для кристаллов толщиной ~3 мм) в широкой спектральной области. Перестройка области широкополосного преобразования частоты осуществляется путем изменения длины волны накачки в диапазоне 0.54—2.6 мкм с использованием различных типов взаимодействия в главных оптических плоскостях: XZ (ee-o, eo-e, oe-e), YZ (ео-о, ое-о) и XY (оо-е). Ожидается, что широкополосное преобразование частоты ИК- излучения в условиях некритичного фазового синхронизма в сочетании с большой допустимой расходимостью накачки будет полезным для визуализации ИК изображений.Досліджені кратні (подвійні та потрійні) некритичні (за частотою та напрямкам поширення взаємодіючих хвиль) фазові синхронізми у кристалі триборату літію (LBO) для процесу генерації сумарної частоти. Використання векторного групового і кратних некритичних фазових синхронізмів для перетворення частоти у кристалі LBO дозволяє як істотно розширити область перестроювання широкосмугового перетворення частоти з метою перекриття практично всієї області прозорості кристала LBO (0.45-2.6 мкм), так і досягти ширини смуги перетворення (≥ 2000 см⁻¹) при великому припустимому куті прийому сигнального випромінювання (~2° для кристалів товщиною ~3 мм) у широкій спектральній області. Перестроювання області широкосмугового перетворення частоти здійснюється шляхом зміни довжини хвилі накачування у діапазоні 0.54— 2.6 мкм із використанням різних типів взаємодії у головних оптичних площинах: XZ (ее-о, eo-e, oe-e), YZ (ео-о, ое-о) та XY (оо-е). Очікується, що широкосмугове перетворення частоти ІЧ-випромінювання в умовах некритичного фазового синхронізму у сполученні з великою припустимою розбіжністю накачування буде корисним для візуалізації ІЧ-зображень

Global maps of soil temperature

Research in global change ecology relies heavily on global climatic grids derived from estimates of air temperature in open areas at around 2 m above the ground. These climatic grids do not reflect conditions below vegetation canopies and near the ground surface, where critical ecosystem functions occur and most terrestrial species reside. Here, we provide global maps of soil temperature and bioclimatic variables at a 1-km2 resolution for 0–5 and 5–15 cm soil depth. These maps were created by calculating the difference (i.e. offset) between in situ soil temperature measurements, based on time series from over 1200 1-km2 pixels (summarized from 8519 unique temperature sensors) across all the world's major terrestrial biomes, and coarse-grained air temperature estimates from ERA5-Land (an atmospheric reanalysis by the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts). We show that mean annual soil temperature differs markedly from the corresponding gridded air temperature, by up to 10°C (mean = 3.0 ± 2.1°C), with substantial variation across biomes and seasons. Over the year, soils in cold and/or dry biomes are substantially warmer (+3.6 ± 2.3°C) than gridded air temperature, whereas soils in warm and humid environments are on average slightly cooler (−0.7 ± 2.3°C). The observed substantial and biome-specific offsets emphasize that the projected impacts of climate and climate change on near-surface biodiversity and ecosystem functioning are inaccurately assessed when air rather than soil temperature is used, especially in cold environments. The global soil-related bioclimatic variables provided here are an important step forward for any application in ecology and related disciplines. Nevertheless, we highlight the need to fill remaining geographic gaps by collecting more in situ measurements of microclimate conditions to further enhance the spatiotemporal resolution of global soil temperature products for ecological application