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GCB: 青藏高原植被返青和夏季生长对昼夜不对称升温的响应
2016-04-25

  植被返青和夏季生长是青藏高原陆地生态系统对全球气候变化的敏感指标。早期研究表明,青藏高原植被返青比北半球中高纬度对气候变暖更敏感,但是机理尚不明确 (Shen et al. 2015 NSR)。另一方面,观测数据显示全球气候变暖的一个主要特征是夜间升温速率大于白天,但是已经研究很少涉及青藏高原植被返青和夏季生长对这种不对称升温的响应,影响了生态系统过程模型对高原植被物候和生长的模拟能力。

  中科院青藏高原所/青藏高原卓越中心沈妙根副研究员和合作者利用地面物候观测数据和卫星遥感数据对上述问题开展了分析。结果显示:青藏高原植被返青期和季前夜间温度有很强的负相关关系,表明夜间变暖有利于植被返青提前;返青期与季前白天温度相关性相对较弱,白天升温对返青的提前作用主要出现在高原相对湿润的地区,在干旱区,白天升温对返青则呈现抑制作用 (图1,图2)。植被夏季(6-8月)生长对日/夜温度变化的响应也不相同,夏季夜间增温可以促进植被生长,而白天升温总体上对植被生长不利,在干旱区表现出较强的抑制作用(图3)。夜间升温对植被返青和夏季生长的正面影响可能与低温限制的减弱有关,但是确切的生理机制有待于进一步研究;而白天升温的不利影响,可能和伴随升温的土壤水分减少有关。这一新认识进一步给出了青藏高原植被返青受降水和温度交互影响的成因。

  北半球中高纬度其它地区的春季返青和植被夏季生长主要受白天温度影响,而青藏高原植被主要受夜间温度影响,这解释了为什么青藏高原植被比北半球中高纬度对气候变暖更敏感。因此,未来气候变暖对青藏高原植被的影响可能更为显著。下一代生态系统过程模型需要对青藏高原植被的特殊性加以注意。气候变暖的另一主要特征是冬季升温快于夏季。青藏高原植被活动增强有助于减缓白天气候变暖,因此,青藏高原非生长季夜间升温可以通过提前植被返青,减缓生长季早期的白天变暖,另一方面,夏季夜间变暖则可以通过促进植被生长,减缓白天变暖,呈现出气候系统跨季节和跨昼夜的自我调节。

  本研究得到中国科学院战略性先导专项B和国家自然科学基金等的资助。相关研究成果近期发表于Global Change Biology。论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1111/gcb.13301/full 

图一,地面观测植物返青期对夜间温度(Tmin)和白天温度(Tmax)的响应。

图二,基于遥感数据的植被返青期对夜间温度(Tmin)和白天温度(Tmax)的响应。RP为偏相关系数。

图三,基于遥感数据的植被夏季生长(用绿度植被指数Greenness Vegetation Index, GVI表示)对夜间温度(Tmin)和白天温度(Tmax)的响应。

 
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