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全球土壤濕度與植被變化研究取得新進展

發布時間:2019-12-27

土壤濕度和植被對氣候變化很敏感,在陸地表面的水文過程,能量交換和生物地球化學循環中起著至關重要的作用,二者對氣候變化的響應已被認爲是全球變化的核心問題。在全球氣候和生態環境迅速變化的背景下全球表層土壤濕化還是幹化,植被是綠化還是惡化,以及其驅動機制等尚不清楚  

中科院地球化學研究所環境地球化學國家重點實驗室王世傑研究員領導的研究團隊,在國際學術期刊《Ecological Indicators》、《Hydrological Processes》和《Forests》等發表了多篇研究論文,揭示了近40年全球表層土壤濕度和植被的動態特征及主要影響因素。  

土壤濕度方面:本研究基于全球670個土壤濕度實測站點以及擴展的三重組合方法評估了來自微波遙感、陸面模型和再分析資料等6套表層土壤濕度産品的可靠性(圖1)。研究發現:1979-2017年全球表層土壤濕度總體上呈顯著減少趨勢,且在2001-2017年土壤幹化速率加快,是1979-2000年幹化速率的2倍(圖2);在空間上,全球表層土壤幹化面積以每年1%的速率擴張。Hurst指數表明全球持續性變幹地區面積占比爲59.33%,顯著高于持續變濕地區(28.36%),這表明在未來一段時間,全球土壤將仍以幹化趨勢爲主。  

植被變化方面:本研究使用歸一化植被指數(NDVI)表征植被覆蓋,利用Theil-Sen中值趨勢分析耦合Mann-Kendall檢驗和增強型回歸(BRT)模型等方法來量化19822015年植被的演變趨勢及其影響因素,發現:全球年平均NDVI4×10?4/年的速度上升。全球植被綠化趨勢顯著(占陸地面積的34%),主要在薩赫勒、歐洲、印度和中國南方地區。全球植被的惡化區域占陸地面積的10%,分布在加拿大、南美洲、非洲中部和中亞(圖3)。全球有大約21%的陸地上植被的生長主要受到降雨的影響,主要發生在幹旱地區,如中亞和澳大利亞;主要受氣溫影響的地區占36%,位于赤道附近或高緯度地區(圖4)。研究最後指出,除了該研究所診斷的影響因子以外,二氧化碳調節和氮沈降等因子也對植被産生重要的影響,在未來的研究中需要考慮更多的必要的影響因素。  

研究得到了中國科學院A類戰略性先導科技專項美麗中國生態文明建設科技工程重大課題(No. XDA23060100),國家重點研發計劃(No. 2016YFC0502300 & No. 2016YFC0502102),喀斯特中心聯合基金(No. U1612441)等項目的聯合資助。  

論文鏈接:  

Comparison of soil moisture products from microwave remote sensing, land model, and reanalysis using global ground observations” https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/hyp.13636  

Variation trend of global soil moisture and its cause analysis” https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X19309343  

Factors Affecting Long-Term Trends in Global NDVI”(https://www.mdpi.com/1999-4907/10/5/372  

   

    图1 ERA-Interim、ESA CCI和GLDAS土壤湿度与土壤湿度“真值”的相关系数的平方R2及RMSE的空間分布  

   

    图2 1979-2017年全球土壤湿度在区域平均尺度及像元尺度下的变化趋势  

   

    图3 1982年至2015年NDVI演变趋势的空间分布  

   

    图4 全球年平均NDVI与温度和降雨的相关系数分布图  

  (王世傑課題組/供稿)