東北地理所在草原灌叢化對氣候影響研究中取得新進(jìn)展
氣候變化和人類活動影響下，全球許多地區(qū)尤其北半球溫帶干旱半干旱地區(qū)，草原生態(tài)系統(tǒng)正普遍發(fā)生灌木入侵即“草原灌叢化”現(xiàn)象。草原灌叢化不僅影響草原生態(tài)系統(tǒng)植被組成，還可能通過影響生物地球化學(xué)和物理過程對區(qū)域氣候產(chǎn)生一定影響。在過去幾十年，盡管草原灌叢化已成為北半球溫帶半干旱地區(qū)草原面臨的一大生態(tài)問題，但草原灌叢化對該地區(qū)氣候可能帶來怎樣影響尚不明確。基于衛(wèi)星獲取的土地利用/覆被數(shù)據(jù)、陸地表面溫度、地表反照率、蒸散發(fā)、葉面積指數(shù)等數(shù)據(jù)，東北地理所濕地生態(tài)系統(tǒng)管理學(xué)科組定量分析了北半球溫帶半干旱地區(qū)草原灌叢化對區(qū)域地表溫度的影響。
研究結(jié)果表明，在北半球大部分溫帶半干旱地區(qū)，草原灌叢化會對地表溫度尤其白天溫度產(chǎn)生增溫作用，而在北美西南部地區(qū)和中亞中部地區(qū)，草原灌叢化會帶來一定的降溫作用。在干旱半干旱地區(qū)草原，隨著灌木入侵，水分和養(yǎng)分逐漸聚集在灌木下的土壤中，出現(xiàn)了“沃島效應(yīng)”，沃島效應(yīng)的出現(xiàn)可能導(dǎo)致灌叢周圍土壤水分和養(yǎng)分進(jìn)一步流失，從而不利于草本植物的生長，進(jìn)而導(dǎo)致草原退化和裸地面積增加。由于裸地面積增加以及植被覆蓋度降低引起的蒸散量減少，灌叢化對大部分北溫帶半干旱地區(qū)地表溫度起到增溫作用。在相對濕潤的北美西南部地區(qū)，灌叢化在一定程度上可能導(dǎo)致該地區(qū)植被覆蓋度升高，裸地面積減少，進(jìn)而對地表溫度帶來一定的降溫作用。在極度干旱的中亞中部地區(qū)，植被覆蓋度較低，灌叢化引起的植被覆蓋及裸地面積變化相對較小，由于草原灌叢化會進(jìn)一步加劇該地區(qū)干旱程度，土壤含水量的降低導(dǎo)致地表反照率增加，進(jìn)而引起一定的降溫作用。
研究成果于近期發(fā)表于Agricultural and Forest Meteorology，中科院東北地理所神祥金副研究員為第一作者，姜明研究員為通訊作者。本研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、吉林省自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計劃從0到1原始創(chuàng)新項目的資助。
圖1 草原灌叢化對區(qū)域氣候影響示意圖
圖2 北半球溫帶地區(qū)草原灌叢化分布及歐亞草原灌木入侵圖
圖3 北半球溫帶半干旱地區(qū)草原灌叢化對地表溫度影響
論文信息如下:
Shen Xiangjin, Liu Yiwen, Liu Binhui, Zhang Jiaqi, Wang Lei, Lu Xianguo, Jiang Ming. Effect of shrub encroachment on land surface temperature in semi-arid areas of temperate regions of the Northern Hemisphere. Agricultural and Forest Meteorology, 2022, doi: 10.1016/j.agrformet.2022.108943
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