瑞士温带森林干旱响应的关键驱动因素：大气水分需求、水分可利用性与森林暴露度的交互作用

本研究针对气候变化背景下欧洲温带森林的干旱响应机制，通过Sentinel-2遥感数据结合水文模型，揭示了2018年极端干旱事件中森林暴露度(FE)和土壤水分可利用性(WA)比大气水分需求(VPD)对森林抗旱性(NDWI变化)影响更显著。研究为森林管理提供了关键科学依据，成果发表于《Agricultural and Forest Meteorology》。

　　

气候变化正以前所未有的速度改变着全球生态系统格局，其中干旱事件的频率和强度增加对温带森林构成严峻挑战。2018年欧洲遭遇历史性干旱，导致瑞士森林出现叶片变色、枝条脱落等显著胁迫症状。尤其令人困惑的是，相同树种的相邻个体对干旱的响应存在显著差异，这种"同种异象"现象背后隐藏着怎样的生态机制？

苏黎世大学地理系的研究团队在《Agricultural and Forest Meteorology》发表的最新研究，通过多源数据融合揭示了这一生态谜题。研究团队创新性地提出三维驱动框架：大气水分需求(VPD)代表"拉力"，土壤水分可利用性(WA)反映"推力"，而森林暴露度(FE)表征微环境异质性。

研究采用四项关键技术：1) 基于Sentinel-2的归一化水分指数(NDWI)量化森林健康状态；2) 气象数据与PREVAH水文模型耦合反演水分动态；3) 数字高程模型与LiDAR数据构建森林三维结构；4) Sobel边缘检测算法计算森林暴露度。通过建立线性回归模型，系统评估了各驱动因子对干旱响应的贡献度。

【森林抗旱性沿水文梯度变化】
研究发现森林暴露度(FE)与弱抗旱性(NDWI下降>5%)呈现最强相关性(R²=0.69)，效应量达0.83。典型表现为林缘和稀疏林分中，每增加1个标准差FE，弱抗旱面积比例上升3.22%。水分可利用性(WA)次之，47%的瑞士森林以WA为主导驱动因子，低WA区域弱抗旱面积增加5.33%。而大气水分需求(VPD)仅显示中等效应(β=0.67)，在中等VPD区间即出现抗旱性阈值响应。

【驱动因子交互作用】
在极端条件下(前25%高FE或低WA)，FE-WA协同效应增强：当FE极高时，低WA的效应量从0.75跃升至0.89；而高VPD会削弱WA效应，表明大气干旱可能掩盖土壤干旱的影响。特别值得注意的是，针叶林与阔叶林对FE响应截然相反，反映不同树种的水分利用策略差异。

【空间分布特征】
通过三原色合成法可视化显示：瑞士中部高原以WA主导(紫色区域)，阿尔卑斯山麓呈现斑块状多驱动混合(橙色区域)，侏罗山牧场森林则表现为FE主导(绿色区域)。这种空间异质性解释了2018年干旱响应的地理分异格局。

该研究突破性地将森林三维结构纳入干旱响应分析框架，证实微环境异质性(FE)的调控作用被长期低估。传统认为VPD是干旱主要驱动的观点可能需要修正，特别是在破碎化严重的温带森林中。研究提出的"暴露度-可利用性"双因子模型为精准森林管理提供了新思路：在WA受限区域(如中部高原)应优先降低林分密度，而高FE区域(如山脊林缘)需加强防风措施。这些发现对预测气候变化下的森林演替轨迹具有重要科学价值，也为全球森林可持续管理提供了量化依据。