2016-2022年北半球温带生态系统干旱导致的大规模活体生物量碳损失

针对北半球生态系统碳汇功能脆弱性问题，法国国家农业食品与环境研究院联合多国团队利用SMOS卫星L-VOD微波观测数据，首次揭示2016年后北纬30°以上区域活体生物量碳呈-0.20~-0.26 PgC yr-1的净损失趋势，其中温带生物群系因干旱导致年均4%碳损失，2022年极端干旱事件更造成-0.60~-0.47 PgC骤减，该成果为评估气候变化下陆地碳汇稳定性提供关键证据。

　　

随着全球气候变化加剧，北半球生态系统作为重要的陆地碳汇正面临前所未有的挑战。这片占全球森林面积41%的区域，每年贡献着1.4-2.0 PgC的碳吸收量，堪称地球的"绿色肺叶"。然而近年来，持续高温、极端干旱和肆虐的野火如同三把利剑，正在瓦解这片生态屏障的固碳能力。传统观点认为，CO₂施肥效应和生长季延长会促进植被生长，但2016年后频发的复合型气候灾害让科学家们警觉：北半球的碳汇功能是否已出现转折？

为解开这个关乎全球碳平衡的谜题，法国国家农业食品与环境研究院领衔的国际团队在《Nature Communications》发表突破性研究。他们创新性地利用SMOS卫星L-VOD（植被光学厚度）数据，以25公里分辨率首次实现2010-2022年北半球活体生物量碳储量的连续监测。这项跨越13年的卫星观测揭示了一个令人担忧的趋势：2016年成为关键的转折点，此后北半球活体生物量碳以每年0.20-0.26 PgC的速度净流失，其中温带生物群系损失尤为严重（-0.26~-0.33 PgC yr^-1）。2022年极端干旱更导致创纪录的0.67 PgC碳损失，相当于该区域总碳储量的4%。

研究团队采用三大关键技术：1）SMOS-IC算法处理L波段微波数据，通过三重过滤消除射频干扰；2）基于Saatchi、GlobBiomass和ESA CCI三套基准图进行空间校准，建立L-VOD与地上碳密度（AGC）的幂律关系；3）应用随机森林-SHAP（Shapley加性解释）机器学习框架，量化15种环境因子对碳变化的贡献。

【Changes in total live biomass carbon】
通过年际变化分析发现，2010-2016年间北半球碳汇以+0.25 PgC yr^-1速率增长，但2016年后趋势逆转。温带区域从接近平衡（+0.03 PgC yr^-1）转为显著碳源，而北方森林（boreal）增长放缓至+0.07 PgC yr^{-1</sup）。2022年欧洲和北美温带区分别损失0.25和0.18 PgC，与土壤水分异常呈现显著空间耦合。}

【Drivers influencing the recent decline】
机器学习解析显示：温带区碳损失主要受太阳辐射变化（贡献度13%）和土壤水分亏缺（10%）驱动，辐射增强通过升高蒸汽压亏缺（VPD）加剧水分胁迫。北方森林则受野火（9%）和非火干扰（12%）主导，2021年西伯利亚野火导致0.12 PgC碳损失。值得注意的是，辐射在北方呈现"U型"影响，反映其光合限制的双重效应。

【Live biomass carbon losses from forest loss】
2016-2022年间总碳损失2.96 PgC yr^-1中，38%源自森林面积减少（1.12 PgC yr^-1），62%来自退化过程。北方森林中伐木等非火干扰的碳损失（0.53 PgC yr^-1）是野火的1.7倍，而温带区83%损失源于退化。SMOS数据捕捉到25公里网格内小规模火灾的碳损失，是Landsat森林损失数据的2.7倍。

这项研究颠覆了传统认知，证明气候变暖已使北半球碳汇功能出现系统性衰退。其重要意义在于：1）首次量化了干旱对温带生态系统碳储量的急性影响；2）揭示非火干扰在北方森林碳循环中被低估的作用；3）证实现有动态全球植被模型（DGVMs）对野火干扰的模拟存在缺陷。研究警示，若干旱事件持续频发，北半球可能从碳汇转为碳源，这将深刻影响《巴黎协定》的气候目标实现路径。正如作者Xiaojun Li和Jean-Pierre Wigneron强调的，该成果为制定基于自然的碳中和方案提供了关键科学依据。