青藏科考

全球植被变绿及其对气候的反馈

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2020-01-13 13:51

由于人类活动对地球圈层的显著影响,国际地层委员会认为地球已经进入了“人类世(Anthropocene)”这一新的地质时代。作为地球表层系统的主要组成部分,生物圈的变化是各国科学家和环境政策决策者普遍关注的重大科学问题。需要指出的是,植被作为生物圈的核心组分,其生长的变化不仅指示了气候变化如何影响生物圈,同时也通过植被-土壤-大气-水等多圈层的相互作用对整个地球系统有重要的反馈作用。因此自上世纪90年代开始植被生长变化研究得到了迅速发展,同时也不断涌现出新的问题与争论。2020年1月13日,第二次青藏科考任务二朴世龙教授研究组应邀在Nature子刊Nature Reviews Earth & Environment的创刊号上发表了题为“Characteristics, drivers and feedbacks of globalgreening”的综述文章(也是该刊创刊以来发表的第一篇论文),系统梳理与综述了1980年代以来全球植被生长增加即植被变绿的观测证据、驱动机制,及其对气候系统的反馈作用。

基于多数据源和多指标的遥感证据表明,上世纪80年代以来的植被变绿一直持续至今,这一趋势在北方高纬地区以及农田和植树造林区域尤为醒目(图1)。在全球尺度上,二氧化碳施肥效应是植被变绿的主要驱动因子;但不同区域植被变绿的主导因子不尽一致,例如升温是导致青藏高原和北方高纬地区植被变绿的关键机制, 而植树造林活动是北半球温带地区植被变绿的关键因素。陆地植被变绿通过吸收更多的大气二氧化碳的生物地球化学过程(图2)和蒸腾降温等生物地球物理过程(图3),显著减缓了全球气候变暖。植被变绿对蒸腾的促进作用同时也加剧了全球水循环。对区域水循环而言,植被变绿一方面通过增强蒸腾作用导致土壤水分和地表径流的减少,另一方面还可扰动大气环流,引起降水格局的变化,从而起到弥补(下风向)或加剧(上风向)蒸腾作用增强导致的水分散失的作用。植被变绿对区域水循环的总体影响取决于两者之间的博弈(图3)。

文章最后指出,植被变绿是进入人类世后地球生物圈变化最为显著的特征之一。未来研究仍需进一步加强遥感观测尤其是对热带地区植被的监测,并提高模型对植被生长响应和反馈气候变化关键过程的模拟精度。该研究综述回答了近年来有关全球植被是否变绿的争论以及全球植被变绿主要驱动力的争议,推动了从地球系统多圈层耦合视角研究植被变绿及其影响,不仅丰富和发展了植被和全球变化学科内涵,还为应对全球变化的生态系统解决方案提供了科学依据。

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图1 全球植被变绿的空间格局

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图2 陆地生态系统碳汇功能的变化


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图3 植被变绿通过生物地球物理过程影响气候系统的示意图