東北地理所在植被生物物理反饋對土壤溫度的影響研究方面取得新進(jìn)展
黑龍江流域地處歐亞大陸溫帶草原東緣及泰加林南緣的過渡帶，季節(jié)性凍土和多年凍土的過渡區(qū)，同時(shí)也是20世紀(jì)以來全球升溫最顯著的區(qū)域之一。土壤-植被-大氣的相互作用是全球環(huán)境變化和陸面過程研究的關(guān)鍵科學(xué)問題。土壤溫度是驅(qū)動(dòng)土壤物理、生物和微生物過程以及生態(tài)系統(tǒng)水文和生物地球化學(xué)過程的關(guān)鍵因素。在全球氣候變化背景下，明確中高緯度地區(qū)植被變化對土壤溫度的影響規(guī)律及其生物地球物理機(jī)制對于準(zhǔn)確預(yù)測高寒地區(qū)凍土演變及生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)具有重要的意義。
圖1. 黑龍江流域植被覆蓋度時(shí)空變化
東北地理所通過利用最先進(jìn)的區(qū)域氣候模式，耦合高精度的衛(wèi)星遙感資料、再分析資料和歷史氣候觀測數(shù)據(jù)，分析了黑龍江流域不同生態(tài)系統(tǒng)植被變化對區(qū)域氣溫和土壤溫度的影響，并剖析了植被變化影響土壤溫度的生物地球物理機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，1982-2018年黑龍江流域植被覆蓋度增加1.85%，植被覆蓋度的增加使研究區(qū)氣溫和土壤溫度分別降低了0.045 ℃和0.19 ℃，即土壤溫度對植被變化的敏感性高于氣溫，這一特點(diǎn)在森林這一土地覆被類型中最顯著；研究還發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)植被覆蓋度增加使不同深度層土壤 (0-10 cm, 10-40 cm, 40-100 cm, 100-200 cm) 凍結(jié)天數(shù)分別增加0.16天，1.07天，2.91天和4.69天。
此外，永凍土森林植被土壤凍結(jié)天數(shù)對植被覆蓋度的敏感性高于季節(jié)性凍土，植被覆蓋度每增加1%，永凍土不同土壤層的凍結(jié)天數(shù)分別增加0.18天，0.92天，2.34天和4.0天，高于季節(jié)性凍土的0.14天，0.42天，1.56天和2.40天。結(jié)合地表能量平衡發(fā)現(xiàn)，植被覆蓋度增加主要通過降低土壤熱通量影響不同土壤層溫度，土壤溫度對植被變化的響應(yīng)較熱量傳輸具有一定的滯后效應(yīng)。本研究發(fā)現(xiàn)中高緯度地區(qū)不同植被類型、不同凍土條件植被變化對氣溫和土壤溫度有不同的影響，并強(qiáng)調(diào)了中高緯度森林植被恢復(fù)對保護(hù)凍土環(huán)境的重要意義。
圖2. 不同植被類型植被變化對土壤溫度影響及其生物地球物理機(jī)制
研究成果近期發(fā)布于一區(qū)TOP期刊Global and Planetary Change，中科院東北地理所于靈雪副研究員為第一作者，王文娟研究員為通訊作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金（42071025）、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目（XDA28080500）、中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2022CXTD02）的資助。
論文信息如下：
Lingxue Yu, Ye Liu, Kun Bu, Wen J. Wang*, Shuwen Zhang. 2022. Soil temperature mitigation due to vegetation biophysical feedbacks. Global and Planetary Change. 218. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2022.103971.
前期系列研究成果信息如下：
Lingxue Yu, Ye Liu, Jiuchun Yang, Tingxiang Liu, Kun Bu, Guangshuai Li, Yue Jiao, Shuwen Zhang. 2022. Asymmetric daytime and nighttime surface temperature feedback induced by crop greening across Northeast China. Agricultural and Forest Meteorology 325:109136. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2022.109136.
Tingxiang Liu, Lingxue Yu*, Kun Bu, Jiuchun Yang, Fengqin Yan, Shuwen Zhang, Guangshuai Li, Yue Jiao, Shizhuo Liu. 2022. Thermal and moisture response to land surface changes across different ecosystems over Heilong-Amur River Basin. Science of the Total Environment 818:151799. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151799
Lingxue Yu, Yongkang Xue*, Ismaila Diallo. 2021. Vegetation greening in China and its effect on summer regional climate. Science Bulletin 66:13-17. https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.09.003.
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