研究显示:气候变化背景下青藏高原植被的气候主控因子发生变化

  植被生长状况是理解生态系统结构和功能的基础,在气候持续变暖的背景下,全球植被生长状况及其变化特征是全球生态学关注的热点,目前最广泛接受的观点是20世纪80年代初以来全球植被生长增强。在全球变化及应对重点专项的支持下,“全球变化对生态系统服务的影响”项目负责人傅伯杰团队在全球植被生长变化研究方面提出新观点。

植被生长对气候变化的响应是全球变化研究的核心内容之一。目前学界普遍认为北半球植被生长主要受温度的限制,气候变暖是近几十年北半球植被生产力增加的主要原因之一。值得注意的是,植被生长还受其他环境要素如水分的制约,同时植物生理过程(如光合作用和自养呼吸等过程)对气候变暖产生适应,因此植被对全球变暖的响应可能随时间而发生变化。然而,由于缺乏长期观测数据的印证,目前人们对植被生长与气候变化关系的动态变化了解甚少。

青藏高原作为地球第三极,其生态环境脆弱,对气候变化十分敏感。然而,青藏高原植被活动与气候系统之间的联系是否随时间变化目前仍不清楚。

  该研究利用全球尺度的遥感资料和集合经验模态分解(EEMD)方法,分析了1982-2013年全球植被生长状况的时空演化特征。研究发现,1982-2013年期间,全球植被以平均6.9×10-4 NDVI/年的速率呈显著增加趋势,但其生长增速在20世纪90年代后已经放缓,2010年全球植被生长增速降至80年代的一半以下。全球植被生长显著减弱的区域增加了两倍以上,在所有土地利用类型和北半球纬度带中,植被生长减弱的区域均有所增加。

8455澳门游戏,利用卫星遥感获取的归一化差值植被指数、10种不同的生态系统过程模型以及气象观测数据,中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心教授朴世龙及其合作研究团队系统地分析了过去30年全球气候变化背景下,北半球植被对全球变暖响应的时空变化。

中国科学院地理科学与资源研究所的王训明研究团队利用气温和降水资料以及植被指数数据集,分析了1982~2011年间青藏高原植被活动与气候因子之间相关性的时空变化。

  该研究成果揭示了1982-2013年期间,在全球植被生长增强这一长期趋势下所掩盖的植被生长减弱现象,表明在全球变暖背景下植被生态系统的变化趋势具有不确定性,其时空动态变化特征需要引起重视。相关研究结果发表在《Remote
Sensing of Environment》杂志上。

1982-2011年期间北半球植被生产力与温度的相关关系显著地降低,表现为上世纪80年代和90年代中期气候变暖显著促进北半球植被生产力,但最近15年其关系并不显著。模型模拟结果表明,气候变化是导致植被生产力与温度关系下降的主要原因,而大气CO2浓度上升等因素的贡献相对较少。干旱和降水量下降是导致温带地区植被生产力与温度相关关系下降的主要原因;而60°N以北的寒带地区的下降与极端事件的增加以及植被生长对温度变化的适应有关。进一步的分析表明,高纬地区植被生产力与温度的关系在温暖年份显著低于寒冷年份,而且温暖年份的下降趋势比寒冷年份更为显著。在地球“第三极”的青藏高原地区,过去30年来,植被生长对温度变化的响应并没有显现出明显的动态变化规律,与北半球高纬地区植被并不一致,需要进一步分析。

研究团队发现在青藏高原中部及东南部区域,生长季前的降水量与生长季植被活动之间显著的正相关关系在上世纪90年代中期以来持续变弱,而与此同时气温与植被活动之间的相关系数明显增加并超过显著性水平,表明这一区域植被活动的气候主控因子可能在上世纪90年代中期由降水量转变为气温。他们认为全球变暖背景下青藏高原的气候条件发生了明显的变化,可能是这一区域植被活动主控因子转变的原因。虽然许多研究指出气候变暖导致的干旱抑制了一些区域的植被生长,但这一研究却表明气候变暖对高海拔区域生态系统可能产生有利的影响。

这一成果阐明了植被生长对温度变化的非线性响应,将有助于了解气候变化对北半球植被影响及其机制,改变了人们长期以来普遍认为的“本世纪气候持续变暖会进一步促进植被生长,并吸收更多的CO2”的观点。相关研究成果发表于Nature
Communications

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图1.过去30年北半球植被生长季NDVI和温度以及降水之间的相关系数(RNDVI-GT和RNDVI-GP)变化趋势。横轴表示研究时段的中心年份,如1989表示研究时段为1982-1996。不同植被生长季定义下的1982-1996年和1997-2011年间NDVI和温度的相关系数。

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图2. 生长季温度与
遥感获取的NDVI和模型模拟的植被生产力的相关系数及其时间变化。在颜色图例中,横轴代表1982-2011年间温度与NDVI或NPP相关系数;纵轴表示NDVI或NPP与温度的相关系数的变化趋势。

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