北半球植被生长季节性稳定效应减缓了过去二十年的"绿化"趋势

本研究针对北半球植被生长对CO2施肥效应和气候变暖的响应机制，利用MODIS LAI数据集揭示了季节性稳定效应在调节植被生长中的关键作用。研究人员通过分析早期和峰值季节叶面积指数(LAI)异常与晚期季节生长的关系，发现67%的生态系统呈现弱稳定效应，26%呈现强稳定效应，表明水分限制和能量限制系统的不同反馈机制显著减缓了北半球绿化趋势。该研究为理解陆地碳汇的长期变化提供了新视角，指出当前陆地生物圈模型(TRENDYv11)普遍低估了稳定效应，对预测未来碳循环具有重要启示意义。

　　

气候变化背景下，北半球植被生长对全球碳循环的影响一直是生态学研究的热点。随着大气CO₂浓度升高和春季温度上升，理论上应该促进植被生长并增强陆地碳汇。然而，干旱、热胁迫、物候变化和资源限制等因素可能抵消这种促进作用，形成复杂的季节性动态平衡。这种"放大"与"稳定"效应的博弈关系，直接关系到对未来碳汇能力的准确预测，但长期以来缺乏系统性研究。

为解决这一科学问题，来自美国的研究团队在《Nature Communications》发表了一项开创性研究。该研究利用长达19年的中分辨率成像光谱仪(MODIS)叶面积指数(LAI)数据集，首次系统量化了北半球植被生长季节性动态中的放大与稳定效应。研究发现，尽管早期和峰值季节LAI增加，但仅有7%的区域表现出持续增强的"放大效应"，而67%和26%的区域分别呈现"弱稳定"和"强稳定"效应。这种普遍存在的稳定效应显著减缓了北半球的"绿化"趋势，且当前陆地生物圈模型(TBMs)普遍低估了稳定效应的强度。

研究采用了多项关键技术方法：1)利用MODIS Collection 6 LAI/FPAR MCD15A2H v006数据集进行长期植被动态监测；2)结合AVHRR LAI3g产品和全球涡度相关(EC)GPP估算进行交叉验证；3)应用结构方程模型(SEM)分析气候因子与植被-土壤水分反馈的因果关系；4)对比TRENDYv11模型模拟结果与观测数据；5)基于干旱指数划分水分限制和能量限制区域。

研究结果部分：

"Stabilization has been dominant in the past two decades"部分显示，增强的早期和峰值季节LAI并未导致晚期季节LAI的广泛增加。93%的北半球区域以稳定效应为主，其中强稳定效应占26%。这一模式在AVHRR LAI3g观测和GPP观测中得到一致验证。

"Model significantly underestimated strong stabilization events across all cases"部分指出，TRENDY模型集合在所有早期和峰值季节LAI增加事件中都低估了强稳定效应的发生概率。模型偏差在水限制和能量限制区域均存在，特别是在晚期季节响应较强的情况下。

"Climatic drivers and vegetation-soil moisture feedbacks influence seasonal LAI trajectory in different ecosystems"部分通过SEM分析揭示了不同生态系统的调控机制。在水限制系统中，早期LAI增强能否持续到晚期季节主要取决于降水输入；而在能量限制系统中，早期LAI增加通过增强蒸散发(ET)导致土壤水分消耗，进而限制晚期生长。这种负反馈在能量限制系统中更为显著(-0.718 vs -0.458)。

"Model significantly underestimated strong stabilization events across all cases"部分显示，TRENDYv11模型未能准确描述水分可利用性如何控制早期LAI增强的持续性。在水限制区域，模型准确模拟了降水输入对晚期LAI的控制，但对峰值季节降水影响晚期土壤湿度的估计存在较大差异。在能量限制区域，多数模型未能准确复制水分消耗对晚期土壤湿度的影响。

"Observed versus modeled trends in strong stabilization events and late-season LAI"部分表明，观测数据中晚期LAI稳定效应的频率没有显著变化趋势，但许多TRENDY模型显示出与观测不一致的趋势。6个模型高估了晚期季节"绿化"趋势，部分模型(如LPX-Bern)虽然模拟了更多稳定事件，但其频率随时间显著下降。

研究结论强调，过去二十年北半球普遍存在的植被生长季节性稳定效应主要由水限制系统的水分输入不足和能量限制系统的过度水分消耗所介导。这种稳定机制显著减缓了CO₂和温度诱导的春季"绿化"效应。当前陆地生物圈模型普遍低估稳定效应的发生频率和强度，主要源于对植被-土壤水分反馈和晚期季节温度驱动蒸散发的错误表征。随着未来热浪/干旱事件频率和强度的增加，这种模型与观测的差异可能进一步扩大，对全球陆地碳汇的预测产生重要影响。该研究为改进生态系统模型提供了关键实证基础，对准确预测碳循环-气候反馈具有深远意义。