ENSO加剧气候变化下全球植被恢复力变异性的机制与未来预测

《Nature Communications》：ENSO amplifies global vegetation resilience variability in a changing climate

在全球气候变化加剧背景下，植被恢复力对维持生态系统功能至关重要。本研究通过分析1981-2018年全球叶面积指数(LAI)数据，结合CMIP6未来情景模拟，首次系统揭示ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）通过大气同步（26%植被区）和气候中介（23%植被区）双路径影响全球53%植被恢复力。研究发现ENSO效应存在相位不对称性（厄尔尼诺影响范围达61%），未来气候情景下气候中介影响面积将扩大7-10%。该成果为制定区域性生态保护策略提供了关键科学依据，发表于《Nature Communications》。

　　

随着全球气候变化持续加剧，极端气候事件频发对陆地生态系统构成严重威胁。植被作为陆地碳汇的核心载体，其恢复力（Resilience）——即抵抗干扰并维持功能的能力——直接关系到生态安全与碳中和目标的实现。然而，当前研究多聚焦于温度、降水等局地气候因子，对ENSO（El Ni?o-Southern Oscillation，厄尔尼诺-南方涛动）这类全球性气候振荡的远程影响认知不足。ENSO通过改变大气环流引发干旱、洪水等连锁反应，但其对植被恢复力的空间格局、作用路径及未来演变规律尚不明确。

为破解这一难题，华中农业大学周伟、李昌佳等团队在《Nature Communications》发表了题为"ENSO amplifies global vegetation resilience variability in a changing climate"的研究。该研究首次在全球尺度上量化了ENSO通过"大气同步"（atmospheric synchronization）和"气候中介"（climate-mediated）双路径对植被恢复力的调控作用，并预测了未来气候情景下脆弱区的演变趋势。

研究团队整合了多源遥感数据与地球系统模型，主要采用以下关键技术方法：基于GLASS V5叶面积指数(LAI)数据集（1981-2018年）计算滞后一阶自相关系数（lag-1 autocorrelation, AC）作为恢复力指标；利用随机森林回归（Random Forest）解析ENSO、气候因子与地形特征的交互作用；通过卡方检验（Chi-square test）识别ENSO事件与恢复力异常的时空耦合关系；结合CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6）多模型集合模拟SSP126、SSP245、SSP370三种排放情景下2015-2100年的植被动态。

历史植被恢复力动态特征

通过5年滑动窗口的AC趋势分析发现，全球41.56%的植被区恢复力显著下降（图1a），北美北部、亚马逊、北欧等地衰退最为严重。值得注意的是，78.4%区域的AC与方差（variance）变化趋势一致（图1c），验证了临界减速理论（Critical Slowing Down, CSD）指标的可靠性。更值得关注的是，亚马逊、东南亚等"绿化"（greening）区域同时出现恢复力下降（图1d-e），揭示出植被生长与稳定性的解耦现象。

全球植被恢复力变化的控制因素

随机森林模型（R²=0.79）显示，气候季节性是影响恢复力的最强驱动因子，其次为气候变异性与地形特征（图2a）。温度对恢复力的控制作用超过降水，且偏离气候均值（温度275-280 K，降水50-100 mm/a）时恢复力显著降低（图2b）。ENSO主要通过气候中介路径（如厄尔尼诺引发的高温、低降水异常）影响植被，其贡献强度超过大气同步路径（图2d）。拉尼娜（La Ni?a）事件的影响具有滞后性，在第三年（lag=2）时超过厄尔尼诺（图2c），这与两者持续时间差异有关。

ENSO同步性遥相关对植被恢复力的影响

剔除局地气候干扰后，26%的植被区显示恢复力与ENSO事件显著同步（P<0.05）（图3a）。厄尔尼诺的负面影响集中在北亚、欧洲等地，而拉尼娜的负效应主要分布于南亚马逊和中亚非洲。常绿阔叶林、草原和开放灌丛最易受ENSO同步性影响（附图5）。随着滞后时间延长，厄尔尼诺的负影响范围缩小，而拉尼娜的影响持续更久（附图6）。

ENSO气候中介遥相关对植被恢复力的影响

23%的植被区因ENSO驱动的气候异常出现恢复力下降，主要分布于亚马逊雨林、刚果盆地等（图3h）。厄尔尼诺通过减少降水、升高温度削弱亚马逊森林恢复力，而拉尼娜则对澳大利亚北部草原产生积极影响（图3c-e）。不同生态系统响应差异显著：常绿阔叶林和稀树草原易受负影响，草原则对辐射和降水变化更敏感（附图8-9）。

ENSO对长期植被恢复力趋势的影响

ENSO影响区（占全球植被53%）的恢复力衰退显著高于非影响区（P<0.05）（图3b）。即便在ENSO正面影响的区域，也因气候应力交替、影响强度不对称等陷入"伪增益"陷阱（pseudo-gain trap），未出现恢复力提升（附表1-3）。

未来全球植被恢复力及其对ENSO变化的响应

CMIP6模拟表明，未来33-39%的植被区恢复力将持续下降（图4a）。ENSO的同步性影响随升温减弱（SSP370降至13.5%），但气候中介影响将扩张6-10%（图4b-c）。西伯利亚和北美北部等新区将受拉尼娜相关气候异常冲击（附图10），凸显未来ENSO-植被相互作用的复杂化。

本研究系统阐明了ENSO作为"全球同步器"对植被恢复力的调控机制，揭示了气候变暖背景下ENSO影响路径的转型——从大气主导转向气候中介主导。通过识别亚马逊、东南亚等脆弱热点区，为实施差异化的生态修复策略提供了科学依据。例如，热带森林需优先纳入ENSO预测系统，而北欧混交林等ENSO不敏感区则可降低调控优先级。研究同时指出当前模型在ENSO模拟和LAI反演中的不确定性，未来需融合多源观测数据提升预测精度。这项成果不仅深化了对气候-植被耦合机制的理解，更为《生物多样性公约》和"联合国可持续发展目标"（SDGs）下的生态系统适应性治理提供了关键支撑。