• 科研進展

    ERL: 土壤溫濕度變化表征了植被春秋季變化增強趨勢的主要氣候因素

      近年來,中國陸地植被生態系統的演變得到廣泛關注。衛星觀測表明近幾十年來我國陸地植被生態系統總體變好,呈“綠化”趨勢。貢獻因素除二氧化碳施肥效應和人為綠化及管理活動外,氣候變化也扮演了重要的角色。然而植被響應氣候變化受到植被生理、土壤和局地氣候等過程調控,具有明顯的時空差異。因此揭示生態系統響應氣候變化的特征對我們理解氣候變化影響生態系統的機理,評估影響和生態風險具有重要意義。
      本研究利用了近幾十年來(1981-2018)的衛星觀測葉面積指數(LAI)產品和再分析土壤溫濕度產品(ERA5-Land)在8天的時間分辨率上開展了植被生態系統響應氣候變化的特征,尤其關注了春季和秋季,即生長季開始和結束的兩端。通過LAI的相對于自身的變化,即距平百分率,揭示了春秋季植被對氣候變化的響應明顯增強,多個生態類型形成了啞鈴型的響應特征,雖然高原和西部草地生態系統顯著的增強仍然發生在夏季,但仍呈提前趨勢,而秋季響應延長。這一變化主要是氣候暖化,引起春季升溫的提前和秋季降溫的滯后,即生長季延長。在水分條件允許的條件下,LAI增加,形成顯著的區域綠化的趨勢。另外部分地區,主要是華北和西南干濕氣候的過渡帶區域,出現了植被棕化的趨勢,即LAI下降的趨勢,這主要是氣候干旱事件頻發和干旱化演變的結果,與幾年來華北西南的強干旱事件頻發有密切的聯系。
      通過LAI變化與土壤濕度和溫度的相關性診斷分析,發現LAI呈增加趨勢時,其8天的變化與土壤溫度呈正相關關系;LAI呈下降趨勢時,其8天的變化與土壤濕度呈正相關關系。通過優勢分析(dominance analysis)發現土壤濕度和溫度較降水與氣溫對LAI綠化和棕化趨勢具有更好的解釋能力,進一步揭示了干旱是LAI下降趨勢,增暖是LAI上升趨勢的主要氣候貢獻因子。土壤水熱變量對氣候驅動植被變化的表征能力超過了降水和氣溫變化的直接影響,與植被生理模型歸因的氣候驅動力相當。
      因此土壤溫濕度聯合變化趨勢能更好的指示氣候變化對植被生態系統的影響。通過6個CMIP6土壤濕度溫度和LAI預估結果,進一步揭示了未來中高排放情景下西北趨向于暖濕化東南趨向于暖干化變化。響應氣候變化,LAI除了顯著的長期趨勢外,尤其存在明顯的年際、年代際尺度的波動。這一響應特征表明,未來氣候變化情景下,高排放伴隨著強增溫和降水增加總體上有利于植被生態系統的發展,但在年際-年代際尺度上氣候波動會造成顯著的LAI波動。因此,應對氣候變化對植被生態系統服務功能的影響,在長期趨勢有利的背景下,更應該注重年際和年代際的強烈振蕩的影響和風險。
      上述研究成果由中國科學院大氣物理研究所,中國科學院東亞區域氣候-環境重點實驗室李明星副研究員,馬柱國研究員,楊慶、呂美霞副研究員聯合英國氣象局武賠立研究員、中國氣象科學研究院劉建棟研究員、河北經貿大學數學與統計學學院韓云環博士完成。由國家重點研發計劃(2018YFA0606002)和國家自然科學基金項目(42130613, 42075171)資助。
      論文及鏈接:
      Li, M X., Wu, P L., Ma, Z G., & Liu, J D. (2022). Prominent vegetation greening in spring and autumn across China during the 1981–2018 period. Environmental Research Letters, 17(12). https://doi.org/10.1088/1748-9326/aca8be
      Li, M X., Ma, Z G., Wu, P L., Liu, J D., Lv, M X., Yang, Q., & Han, Y H. (2022). Ecological response to climate change across China from combined soil temperature and moisture changes. Earth and Space Science, 9(12). https://doi.org/10.1029/2022ea002640
     
    圖1. 中國區域1981-2018年LAI絕對值和距平百分率年變化,自左向右分別為稀疏植被區、草地、農田、稀樹草地、落葉林和常綠林生態系統
     
    圖2. 土壤濕度(SM)和溫度(ST)對不同季節和年平均LAI變化趨勢的貢獻百分數
     
    圖3.基于不同氣候情景的CMIP6多模式集合區域土壤濕度-溫度聯合變化趨勢
     
    圖4.華北和西南典型區域未來不同氣候情景的LAI與土壤濕度(SM)溫度(ST)的時間序列
    附件下載:
    怎么把水吸出来
  • d