東北地理所在草原灌叢化對氣候影響研究中取得新進展
氣候變化和人類活動影響下，全球許多地區尤其北半球溫帶干旱半干旱地區，草原生態系統正普遍發生灌木入侵即“草原灌叢化”現象。草原灌叢化不僅影響草原生態系統植被組成，還可能通過影響生物地球化學和物理過程對區域氣候產生一定影響。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草原面臨的一大生態問題，但草原灌叢化對該地區氣候可能帶來怎樣影響尚不明確。基于衛星獲取的土地利用/覆被數據、陸地表面溫度、地表反照率、蒸散發、葉面積指數等數據，東北地理所濕地生態系統管理學科組定量分析了北半球溫帶半干旱地區草原灌叢化對區域地表溫度的影響。
研究結果表明，在北半球大部分溫帶半干旱地區，草原灌叢化會對地表溫度尤其白天溫度產生增溫作用，而在北美西南部地區和中亞中部地區，草原灌叢化會帶來一定的降溫作用。在干旱半干旱地區草原，隨著灌木入侵，水分和養分逐漸聚集在灌木下的土壤中，出現了“沃島效應”，沃島效應的出現可能導致灌叢周圍土壤水分和養分進一步流失，從而不利于草本植物的生長，進而導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地表溫度起到增溫作用。在相對濕潤的北美西南部地區，灌叢化在一定程度上可能導致該地區植被覆蓋度升高，裸地面積減少，進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，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一步加劇該地區干旱程度，土壤含水量的降低導致地表反照率增加，進而引起一定的降溫作用。
研究成果于近期發表于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研發計劃項目、國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、吉林省自然科學基金、中國科學院基礎前沿科學研究計劃從0到1原始創新項目的資助。
圖1 草原灌叢化對區域氣候影響示意圖
圖2 北半球溫帶地區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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