泛北极生态系统陆地植被碳动态的主要气候驱动因子辨识及其遥感表征优势解析

推荐：针对泛北极地区植被绿化的气候驱动机制不清问题，研究人员通过多源卫星植被指数（NDVI/NIRv/kNDVI）与地面观测数据融合，揭示近红外植被反射率指数（NIRv）在表征碳动态中的优越性，并量化CO2 施肥效应（贡献率34.5%）与气温（15.1%）、VPD（11.2%）等因子的差异化影响，为脆弱生态系统碳循环研究提供新方法。

　　

在全球气候变暖背景下，泛北极地区作为气候变化的放大器，其陆地生态系统的碳循环过程对全球气候调节具有关键作用。过去几十年间，该区域经历了显著"绿化"现象，但受高纬度地面观测限制，植被碳动态变化的气候驱动机制仍不明确。更棘手的是，不同植被指数（如NDVI、NIRv）对低矮植被的敏感性差异，使得泛北极碳汇评估存在较大不确定性。这些知识空白直接影响了北极气候演变的精准预测。

为破解这一难题，中国的研究团队在《Ecological Informatics》发表最新研究，首次系统评估了三种植被指数（NDVI、NIRv、kNDVI）在泛北极碳动态表征中的适用性，并量化了CO₂
、气温、VPD等8种气候因子的独立贡献。研究创新性地发现NIRv对低矮植被的监测优势，揭示CO₂
施肥效应主导了34.5%的绿化趋势，而VPD在高低纬度呈现截然相反的影响机制。这些发现为理解北极碳-气候反馈提供了新视角。

研究采用多源数据融合与先进统计方法：基于MODIS卫星数据计算NDVI/NIRv/kNDVI，结合FLUXNET站点GPP（总初级生产力）和GOSIF（全球轨道日光诱导荧光）产品进行验证；利用MERRA-2再分析数据获取气温(AT)、蒸气压亏缺(VPD)等气候因子；采用偏相关分析和岭回归（ridge regression）量化气候贡献，并通过方差膨胀因子(VIF)控制多重共线性。

3.1 三种植被指数的时空变化
分析显示2001-2023年间，NDVI、NIRv、kNDVI均呈显著上升趋势（0.0005-0.0017 yr^-1
），其中NIRv增长最快且覆盖74.49%显著绿化区域。空间上，欧亚大陆北方森林区值最高，而高纬度苔原带值较低但增长明显。

3.2 卫星植被指数的适用性验证
NIRv与地面GPP的相关性最高（R=0.63），尤其在草地(GRA)等低矮植被中优势显著。与GOSIF产品的对比进一步证实，NIRv对绿化趋势的捕捉能力（72.87%一致率）优于NDVI（67.09%）。

3.3 气候因子与NIRv的偏相关分析
CO₂
与气温(AT)呈现全域正相关（R=0.13-0.32），而VPD在高低纬度表现相反：高北极（>60°N）呈正相关，低北极（45-60°N）为负相关，反映气孔开闭的阈值效应。

3.4 气候贡献的岭回归量化
CO₂
以34.5%的相对贡献主导NIRv变化，气温(15.1%)和VPD(11.2%)次之。值得注意的是，VPD在低北极通过抑制气孔导度减少碳吸收，而在高北极则通过缓解低温限制促进光合作用。

这项研究首次系统论证了NIRv在泛北极碳监测中的独特价值：其对低矮植被结构的敏感性使其能更准确捕捉高纬度绿化信号。气候驱动分析揭示，CO₂
施肥效应仍是当前北极绿化的首要驱动力，但VPD的空间分异规律提示未来干旱加剧可能重塑纬度梯度上的碳汇格局。研究建立的"气候因子-植被指数-碳通量"关联框架，为极地生态系统模型开发提供了关键参数化方案。

特别值得注意的是，VPD的双向作用机制（高北极促进/低北极抑制）修正了传统认知，这对预测北极植被对极端气候事件的响应具有重要启示。随着北极放大效应持续，这种非线性响应可能导致区域碳汇功能发生突变，亟需纳入下一代地球系统模型。该研究不仅为北极碳循环研究提供了方法论创新，也为《巴黎协定》温控目标的实现路径评估提供了科学依据。