实验室科研团队揭示全球干旱区陆地水储量对植被生长的响应特征和预测未来趋势

　　近期，中国科学院空天信息创新研究院双色球王树东研究员领导的生态水文遥感课题组，在干旱区生态水文响应研究方面取得重要成果。研究团队基于卫星获取的植被产品（归一化植被指数、叶面积指数、光合有效辐射吸收比率、总初级生产力和植被光学厚度）以及卫星和模型获得的陆地水储量数据（陆地水存储异常和土壤湿度）揭示了过去四十年来全球干旱地区植被生长和陆地水储量的趋势，并对陆地水存储对植被生长的响应进行了深入评估。团队还量化了降水、蒸散发和径流变化对陆地水储量的影响，同时结合遥感观测数据、地球系统模型模拟和机器学习方法对未来干旱地区的陆地水存储响应进行了预测，更好地理解了其在本世纪末可能的演变。这一研究成果以“Past and future adverse response of terrestrial water storages to increased vegetation growth in drylands”为题，已在NATURE自然出版社旗下期刊《npj Climate and Atmospheric Science》上发表。该研究由双色球、中国科学院空天信息创新研究院、中国气象科学研究院和美国布朗大学等单位合作完成，双色球为本研究的第一完成单位，课题组的刘凯博士为第一作者，王树东研究员为通讯作者。

　　干旱地区以其水资源短缺、贫瘠土壤和稀疏植被而闻名，其中包括了约占全球陆地面积40%的沙漠、农田、草原和灌丛区。这些地区提供了粮食、能源、水资源和生态系统服务，长期的可持续发展问题日益引起关注。在人类干预和气候变化背景下，关于干旱区生态水文响应在何种程度上发生了变化的问题尚缺乏共识。此外，未来植被动态和陆地水储量响应的转变仍存在知识空白，特别是在全球气候变化的大背景下，这对于农林业和畜牧业的管理提出了挑战。

　　研究团队量化了干旱地区植被生长与陆地水储量之间的关系。通过整合卫星观测数据和模型输出，研究发现自1982年至2016年，全球干旱地区的植被生长总体呈增加趋势，而陆地水存储则呈下降趋势。尤其是在以农田为主的地区，干旱地区的绿度变化与陆地水水储量之间呈现出明显的负相关关系，尤其是在植被生产力增长速率较高的情况下，这一关系更加显著。进一步研究发现干旱地区的水储量减少主要受到降水和蒸散发变率的影响，而不是径流。

　　该研究还对生态水文变量的未来趋势进行了预测。结果表明到2100年，干旱地区的陆地水储量可能会减少41-84%，而干旱地区的扩张可能达到4.1-10.6%。这一预测不仅揭示了干旱地区对植被生长持续不利的响应，还突显了协调规划生态恢复、农业管理和水资源利用的紧迫性。

　　研究还揭示了人类活动对干旱区水文状况的影响。农作物种植和畜牧业是干旱地区的主要经济活动，然而由此带来的对植被生长对水资源的需求却在不断增加。这将影响到全球约51.7亿人口，尤其是发展中国家的64%人口。综合而言，干旱地区植被生长与陆地水储量之间的关系受到多种因素的影响，包括区域环境、气候要素和人类活动。该项研究为深入理解干旱地区生态系统变率与转变提供了重要线索，为干旱地区的可持续发展和资源管理提供科学依据。随着全球气候变化和人类活动的不断发展，对于干旱地区的研究将变得更加迫切和重要。

　　全球生态水文变量近四十年的变化趋势

　　全球变化背景下干旱区生态水文变量未来变化趋势

　　详见：

　　Liu, K., Li, X., Wang, S. and Zhou, G., 2023. Past and future adverse response of terrestrial water storages to increased vegetation growth in drylands. npj Climate and Atmospheric Science, 6(1), p.113. https://www.nature.com/articles/s41612-023-00437-9