干旱和极度干旱的生态系统位于水资源有限的环境中,其生产力依赖于稀少的降水,而非持续的资源供应。这可以用“脉冲-储备”模型来解释,该模型认为植被能够在长期干旱期间存活,并在降雨后通过短期的生物活动来维持(Feldman, 2026; Reynolds et al., 2004)。在沙漠地区,超过某个阈值的降雨可以触发长期存在的土壤种子库的快速发芽(Kigel, 2017; Ogle and Reynolds, 2004),从而导致植被覆盖率的暂时增加,这种现象通常被称为“沙漠开花”,可以通过卫星观测观察到(Chávez et al., 2019; Dall’Olmo and Karnieli, 2002)。
一个例子是秘鲁北部的塞丘拉沙漠,那里的降雨是间歇性的,主要受厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的影响。塞丘拉沙漠支持着两种独特的植被生态系统:沿海的雾河(lomas)和季节性干燥的热带森林。雾河发育在沿海丘陵上,那里持续的海洋雾气和季节性的温度逆温提供了水分,尽管降雨量极低(Moat et al., 2021)。内陆的干燥森林则主要由适应干旱的树木和灌木组成,依靠季节性降水维持(Linares-Palomino et al., 2010)。在强的东太平洋和沿海厄尔尼诺事件期间,海表温度升高抑制了沿海上升流,促进了强烈的大气对流,从而在几个月内产生数百毫米的异常降雨。这些异常降雨事件引发了短暂植被的快速出现,将这些稀疏的景观转变为广泛的沙漠开花现象(Erdmann et al., 2008; Vining et al., 2022)。
先前的研究记录了这些异常降雨事件的生态后果。1997-98年厄尔尼诺事件后的实地观察描述了短暂植被的快速出现、植物群落组成的变化以及塞丘拉沙漠和邻近秘鲁雾河生态系统的后续生态演替(Erdmann et al., 2008; Tovar et al., 2018)。特别是在厄尔尼诺年份,一些在非厄尔尼诺年份稀少或不存在的植物物种在降雨期间变得占主导地位(Holmgren et al., 2006)。在塞丘拉沙漠的沿海地区,短命的草本植物和草类迅速生长(Richter, 2005),并且植物覆盖率在短短三个月内增加了100%±20%(Caramanica, 2022)。最近的区域卫星研究绘制了秘鲁和智利沿海地区的雾河生态系统和广泛的植被动态(Moat et al., 2021)。除了维管植物外,由蓝细菌、微藻、地衣和苔藓组成的生物土壤结皮层也是秘鲁沿海沙漠生态系统的重要组成部分(Montoya et al., 2019; Salinas, 2016)。这些群落在湿润后可能会增加地表绿色度,特别是在维管植物覆盖稀少的极度干旱环境中。
尽管有这些先前的研究,仍不清楚塞丘拉沙漠中的绿化现象发生的频率如何,以及它们是否与极端厄尔尼诺事件存在一致的空间模式。特别是,还没有研究利用卫星观测数据量化几十年内的绿化事件及其发生次数。了解触发沙漠绿化的的气候条件对于预测极度干旱生态系统对未来气候变化的响应至关重要。
本研究的目标是量化塞丘拉沙漠中阶段性绿化的发生情况和空间分布及其与降雨事件之间的关联。我们假设塞丘拉沙漠中的阶段性绿化是由东赤道太平洋的Ni?o 1 + 2地区的极端海表升温引发的。这个指数结合了位于厄瓜多尔南部海岸和秘鲁北部的Ni?o 1地区以及向西延伸至东南赤道太平洋的Ni?o 2地区,这两个区域共同捕捉了厄瓜多尔和秘鲁附近东热带太平洋的海表温度异常,常用于描述沿海厄尔尼诺条件。沿海厄尔尼诺年份会产生异常的降雨,激活休眠的年度植被和生物结皮层,导致可检测到的短暂NDVI绿化脉冲。为了验证这一假设,我们(1)从2001年至2025年的MODIS NDVI时间序列中识别了年度绿化脉冲,并分析了它们的频率及其与前期降雨事件的关系。因此,这项研究提供了塞丘拉沙漠阶段性绿化动态的第一个长期、空间明确的遥感评估。