解开气候-植被生理干燥度（VPD）-全球初级生产力（GPP）之间的复杂关系：全球模式及其潜在驱动因素

《Global and Planetary Change》：Disentangling the climate–VPD–GPP Nexus: Global patterns and underlying drivers

本研究基于MODIS EVI和SIF数据（2000-2020年，北半球≥23.5°N），对比单个干旱与复合干旱-热浪（CDHW）对植被生长峰值的影响，发现干旱显著抑制干旱半干旱和荒漠生态系统峰值生长，而CDHW在干旱半干旱区加剧抑制效应，在湿润或冷区则可能产生正向影响。关键驱动因素包括太阳辐射、日最高温及CO2浓度偏差。研究强调了缓解CDHW对陆地生态系统负面影响的重要性。

　　近年来，全球范围内干旱与热浪复合事件（CDHW）的频率和强度显著上升，这一现象对地球生态系统产生了深远的影响。CDHW事件通常指的是干旱和热浪同时发生，形成一种复合型极端气候现象。这类事件不仅对水资源管理构成挑战，还可能对植被生长产生复杂的影响。随着全球气候变化的加剧，CDHW事件的出现频率和强度都在增加，尤其是在温带和干旱地区，这种复合效应变得更加明显。研究这些事件对植被生长的影响，对于理解生态系统如何应对极端气候、评估生态服务的稳定性以及制定有效的适应策略具有重要意义。

植被生长是生态系统功能的重要组成部分，其变化直接关系到碳循环、水循环和生物多样性等多个方面。为了更全面地评估CDHW事件对植被生长的影响，研究者采用了一种综合的方法，结合了多源数据和先进的分析技术。具体而言，研究团队利用了MODIS增强植被指数（EVI）和连续空间覆盖的太阳诱导荧光（SIF）数据，时间范围涵盖了2000年至2020年，研究区域限定在北半球（≥23.5°N）。EVI和SIF是两种重要的遥感指标，能够反映植被的生长状况和光合作用能力。EVI主要通过卫星遥感数据来评估植被的覆盖度和健康状况，而SIF则能够更直接地反映植物的光合作用过程，因此在研究植被对气候事件的响应方面具有独特的优势。

研究团队还特别关注了植被生长的峰值，即一年中植被生长达到最高点的时期。这一时期被认为是植被光合作用能力最强的阶段，对生态系统整体的生产力和稳定性具有关键作用。通过比较不同生物群落（biomes）中峰值植被生长对单一干旱事件和CDHW事件的响应，研究者试图揭示干旱与热浪复合事件对植被生长的综合影响。此外，研究还采用了随机森林模型，这是一种强大的机器学习方法，能够处理复杂的非线性关系，并有效识别影响植被生长的关键因素。随机森林模型的应用使得研究者能够更准确地评估不同生物群落中，气候和生物因素如何共同作用于植被对极端气候事件的响应。

研究结果表明，干旱对峰值植被生长的影响在大多数生物群落中都是负面的，尤其是在干旱和半干旱的草原和沙漠生物群落中。这些区域的植被通常对水分供应非常敏感，单一干旱事件可能会显著抑制其生长能力。然而，在湿润或寒冷的生物群落中，干旱的影响则较为微弱，甚至可能表现为积极效应。这一现象可能与这些区域的生态系统特性有关，例如较高的降水输入或较低的蒸散发速率，使得植被能够更好地应对干旱事件。同样，CDHW事件对植被生长的影响也表现出明显的地域差异。在干旱和半干旱生物群落中，CDHW事件加剧了单一干旱的负面影响，导致峰值植被生长受到更大的抑制。而在湿润或寒冷的生物群落中，CDHW事件反而可能增强植被的生长能力，这可能是由于热浪在一定程度上促进了光合作用的效率，从而在一定程度上弥补了干旱带来的水分限制。

研究进一步发现，影响植被对早期生长季干旱或CDHW事件响应的关键因素包括太阳辐射、日最高温度以及大气二氧化碳浓度的异常变化（ΔCO?）。在太阳辐射较强、温度较高且二氧化碳浓度较低的地区，植被对干旱和热浪事件的抵抗力较弱，因此更容易受到这些极端气候的影响。这一发现为理解植被对气候变化的适应机制提供了新的视角，同时也为未来生态系统的管理提供了科学依据。例如，在高温和强辐射的地区，加强水资源管理、优化植被结构以及减少二氧化碳排放可能有助于缓解CDHW事件对植被生长的负面影响。

此外，研究还强调了CDHW事件对生态系统结构和功能的潜在影响。在许多陆地生态系统中，干旱和热浪的复合效应可能会显著加剧水分胁迫和热量胁迫，从而对植物的生理过程产生更严重的干扰。这种干扰不仅可能影响植被的生长能力，还可能对整个生态系统的碳储存、生物多样性以及生态服务的稳定性造成威胁。例如，在干旱和半干旱地区，CDHW事件可能导致植被覆盖率的下降，进而影响土壤水分保持能力和碳循环过程。而在湿润或寒冷地区，CDHW事件可能通过改变植物的生长节奏和资源分配策略，间接影响生态系统的结构和功能。

为了更深入地理解CDHW事件对植被生长的影响，研究团队首先识别了2000年至2020年间发生于早期生长季的干旱和CDHW事件。他们利用高分辨率的网格化气象数据和标准化降水蒸散指数（SPEI）作为主要工具，对这些事件进行了精确的时空定位。SPEI是一种能够综合反映降水和蒸散变化的指标，特别适用于评估干旱事件的强度和持续时间。通过这一方法，研究者能够更准确地识别出那些同时受到干旱和热浪影响的区域，从而为后续分析提供可靠的数据支持。

在识别出相关事件后，研究团队进一步获取了峰值植被生长的时空分布模式。这些数据来源于卫星遥感产品，包括EVI和SIF的多年度平均值。通过对这些数据的分析，研究者能够更直观地观察到不同生物群落中植被生长的峰值变化情况。例如，在热带湿润阔叶林（Tro_MBF）中，EVI和SIF的峰值通常较高，这可能与该地区丰富的降水和适宜的温度条件有关。相比之下，在半干旱和寒冷的生物群落中，如温带草原、山地草原等，植被生长的峰值则相对较低，这可能反映了这些地区植被对水分和温度变化的更高敏感性。

在评估CDHW事件对植被生长的影响时，研究团队还关注了不同生物群落的响应差异。他们发现，在干旱和半干旱地区，CDHW事件对峰值植被生长的抑制作用比单一干旱事件更为显著。这一现象可能与这些地区的生态系统对水分和热量的双重依赖有关。在干旱条件下，植被的生长受到水分供应的限制，而热浪则可能进一步加剧水分的蒸发损失，导致植被的生理压力显著增加。因此，在这些地区，CDHW事件可能比单一干旱事件对植被生长产生更大的负面影响。

然而，在湿润或寒冷的生物群落中，CDHW事件的影响则呈现出不同的趋势。研究发现，这些地区的植被在面对CDHW事件时，其峰值生长可能受到一定程度的促进。这可能是由于热浪在某些情况下能够提高植物的光合作用效率，从而在一定程度上缓解干旱带来的负面影响。此外，湿润地区的植被可能具有更强的适应能力，能够更有效地利用有限的水分资源，从而在面对复合型极端气候事件时表现出相对较强的恢复能力。

为了进一步探讨影响植被对极端气候事件响应的因素，研究团队采用了随机森林模型。这一模型能够处理大量变量之间的复杂关系，并有效识别出对植被生长影响最大的关键因素。通过分析模型结果，研究者发现太阳辐射、日最高温度以及大气二氧化碳浓度的异常变化（ΔCO?）是影响植被对干旱和热浪事件响应的三大主要因素。在太阳辐射较强、温度较高且二氧化碳浓度较低的地区，植被对干旱和热浪事件的敏感性更高，因此更容易受到这些极端气候的影响。相反，在太阳辐射较弱、温度较低且二氧化碳浓度较高的地区，植被可能表现出更强的抗逆性，从而在面对极端气候事件时保持较高的生长能力。

研究结果还表明，植被对极端气候事件的响应不仅受到直接气候因素的影响，还可能受到其他间接因素的调节。例如，植被的恢复能力与其生长周期密切相关，而生长周期又受到气候条件的长期影响。因此，在面对极端气候事件时，植被的恢复过程可能受到气候背景条件的制约。此外，土壤类型、水分保持能力以及植被本身的生理特性等因素也可能在一定程度上影响植被对极端气候事件的响应。这些因素共同构成了植被对极端气候事件的复杂反应机制，需要在未来的生态研究中进一步探讨。

从更宏观的角度来看，CDHW事件的频率和强度增加可能对全球生态系统的稳定性构成挑战。随着气候变化的持续，极端气候事件的出现可能变得更加频繁，这将对植被的生长模式、生态系统的结构和功能以及人类社会的可持续发展产生深远影响。例如，在农业和畜牧业领域，CDHW事件可能导致作物减产和牲畜健康状况恶化，从而影响粮食安全和经济稳定。在自然生态系统中，CDHW事件可能改变植被的分布格局，影响物种的生存环境，并可能加剧生物多样性丧失的风险。

因此，研究CDHW事件对植被生长的影响不仅是科学探索的重要内容，也是应对气候变化和保护生态系统的关键环节。通过理解植被对极端气候事件的响应机制，可以为未来的生态保护和资源管理提供科学依据。例如，在干旱和半干旱地区，加强水资源管理和植被恢复措施可能有助于缓解CDHW事件对生态系统的影响。而在湿润或寒冷地区，可能需要采取不同的策略，以适应CDHW事件带来的潜在促进效应。此外，减少温室气体排放、降低大气二氧化碳浓度，可能有助于提高植被的抗逆性，从而增强生态系统对极端气候事件的适应能力。

研究还强调了跨学科合作的重要性。CDHW事件的影响涉及气候学、生态学、遥感技术和数据科学等多个领域，只有通过多学科的协同研究，才能更全面地理解这些复杂现象的机制和影响。未来的研究可以进一步探索CDHW事件与其他环境因素（如土壤类型、地形特征、人类活动等）之间的相互作用，从而为制定更加精准和有效的适应策略提供支持。

总之，CDHW事件对植被生长的影响具有显著的地域差异和复杂性，需要通过多维度的数据分析和模型模拟来深入理解。这一研究不仅揭示了干旱和热浪复合事件对生态系统的影响，还为未来应对气候变化、保护生态环境和实现可持续发展提供了重要的科学依据。通过加强监测、优化管理策略和推动跨学科研究，人类社会有望更好地适应这些日益频繁的极端气候事件，减少其对生态环境和人类福祉的负面影响。