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發布者:管理員發布時間:2019-07-05浏覽次數:10

近日,南京大学国际地球系统科学研究所张永光教授带领的生态遥感研究团队在城市气候变化和植被光合物候监测方面取得进展,相关工作以“Urban?rural  gradients reveal joint control of elevated CO2  and temperature on  extended photosynthetic seasons”为题发表在Nature Ecology &  Evolution上。南京大学博士研究生王松寒为该论文的第一作者,张永光教授为该篇论文的通讯作者,论文也得到了居为民教授的指导。

隨著全球變化的加劇和大氣中CO2 濃度的不斷上升,全球植被的物候期(尤其是北半球中高緯度地區),發生了顯著的變化。植被物候期對全球變暖等環境條件的響應,會對全球植被的光合作用以及陸地碳彙産生重要的影響。目前,關于植被物候的變化情況主要采用傳統的植被指數或者地面物候觀測,但這些觀測只能反映植被“綠度”的變化,不能反映真實的植被光合物候。此外,大多數前人研究均側重于溫度對植被物候變化的影響,忽視了其他同時發生顯著變化的環境因素,例如大氣CO2 濃度等。

爲了解決以上兩個問題,本研究提出一種基于城市-郊區梯度的研究方法。城市地區由于熱島效應和高人爲排放,其溫度和大氣CO2 會較郊區有所提升,因此可以將城市地區作爲溫度和CO2 浓度提升情境下的控制实验,将郊区作为对照实验,研究植被在未来气候变化情境下的物候变化。为了提取植被光合物候信息,本研究主要基于高空间分辨率的叶绿素荧光数据(OCO-2  SIF)实现。SIF可直接反映植物光合作用和光合生理状况,被视为研究植物光合作用的“无损探针”。

本研究采用了北半球中高緯度地區880個城市及周圍的郊區作爲研究區,分別提取了城市和郊區植被的光合物候信息和結構物候信息。結果顯示:相較于郊區植被,城市地區植被的光合作用開始時間、達到峰值的時間通常較早,其光合作用結束時間通常較晚,因此城市地區植被通常具有較長的生長期(圖1)。該種差異在北半球的幾乎所有城市中均存在,且在半幹旱地區更爲顯著(圖1)。

 

圖1基于衛星日光誘導葉綠素熒光遙感的城鄉植物春季物候開始期(SOS)的差異。

從左至右,分別爲北半球880個城市的空間分布、緯向分布及不同氣候區的分布

本研究進一步采用偏相關分析和逐步回歸等方法分析了影響植被光合物候差異的決定性因素,結果顯示:植被光合物候開始期和峰值期提前的主要影響因素是溫度和大氣CO2 ,  而影响植被光合物候结束期延后的主要影响因素是大气CO2 。最後,本研究基于不同的排放情景(不同的RCP情景),根據其預測的未來大氣CO2 濃度和地表溫度,對未來20年植被光合物候的變化趨勢進行了預測(圖3),發現未來生長季長度會延長5.9–11.4天/每10年。該研究揭示了全球變化尤其是升溫和CO2 濃度升高對植被光合作用的促進作用,也表明城市生態系統可以作爲未來自然生態系統氣候變化研究的天然實驗室。