《Agricultural and Forest Meteorology》：Warm and wet spring compensated for the reduction in carbon sinks due to an extreme summer heatwave-drought event in 2022 in southern China
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中国南部2022年夏季干旱热浪导致植被光合作用下降45.8 TgC，但春季温暖湿润抵消了68%的损失，整体年碳汇增加42.8 TgC。研究通过GCAS v2模型与遥感数据融合，揭示区域碳汇差异主要由森林/草地GPP下降（-46.1 TgC）与农田呼吸增强驱动。
张圆圆|姜飞|周彦莲|董冠宇|吴东桥|何伟|王军|吴茂松|王恒茂|张凌宇|贾梦伟|鞠卫民|陈静梅
江苏省先进遥感与地理信息技术重点实验室，南京大学国际地球系统科学研究所，南京，210023，中国
摘要
2022年7月至9月期间，中国南部遭遇了破纪录的热浪干旱事件（DH2022），尤其是在长江中下游地区（MLYR）。该事件导致植被光合作用显著下降，但其对区域碳预算的影响仍不明确。本研究利用全球碳吸收系统（GCAS v2）和OCO-2 XCO2反演数据，评估了区域陆地碳通量的响应。结果表明，与2015-2021年相比，MLYR地区的陆地碳汇在JAS期间减少了45.8 TgC，这与TRENDYv13模拟结果一致。结合卫星反演结果和GPP数据，我们发现2022年春季异常湿润促进了植被生长，使总初级生产力（GPP）增加了46.1 TgC，并增强了陆地碳汇24.0 TgC，从而部分抵消了JAS期间的碳汇减少。在中国南部MLYR地区以外的区域（RAS），年度陆地碳汇增加了49.9 TgC，也大大缓解了DH2022对区域碳平衡的影响。总体而言，MLYR地区的年度陆地碳汇仅减少了7.1 TgC，而中国南部则增加了42.8 TgC。JAS期间，MLYR地区陆地碳汇的减少主要是由于森林和草本/灌木丛的GPP下降以及农田生态系统呼吸作用增强所致。本研究全面评估了DH22对中国南部陆地碳动态的影响，有助于我们更好地理解极端气候事件对区域碳循环的作用。
引言
陆地生态系统在减缓大气CO2浓度升高和全球变暖方面发挥着重要作用（Calvin等人，2023）。然而，陆地生态系统容易受到极端气候事件的影响，包括温度普遍升高和极端天气事件的频繁发生，这些事件严重影响了陆地生态系统的多样性和功能，对陆地碳平衡构成威胁（Xu等人，2023；Xie等人，2024；Li等人，2019）。干旱被认为是对陆地碳循环影响最大、最广泛的极端气候事件之一（Frank等人，2015）。干旱通常与热浪同时发生，通过大气干燥和土壤干旱双重压力影响植被生长，进而影响光合作用和碳吸收（Piao等人，2019；Wolf和Paul-Limoges，2023）。
然而，不同地区对干旱-热浪的响应存在差异。例如，2022年夏季欧洲干旱影响区域的净生物圈碳吸收量大幅减少（56–62 TgC），其中约32%的碳损失被温暖的秋季部分抵消（Peters等人，2023）。基于LiDAR的测量数据显示（2003–2008年），2005年大干旱后亚马逊盆地的碳损失为0.3 ± 0.2 PgC yr?1，并持续到2008年（Yang等人，2018）。随着干旱频率的增加，亚马逊森林可能作为碳源的功能减弱，通过正反馈加剧气候变暖。Li等人（2019）利用卫星数据、大气反演和生态建模方法报告称，2009/2010年中国西南部的极端干旱事件导致碳吸收量显著减少，达到4.4 ± 5 gC m?2 month?1。Bastos等人（2020）基于全球动态植被模型（DGVMs）和FLUXCOM数据集，比较分析了2003、2010和2018年欧洲生态系统的极端夏季干旱和热浪事件的影响，发现这三次事件均导致生态系统生产力下降，但下降程度受气候异常程度、季节性和区域补偿效应的影响。
中国南部地区主要为亚热带气候。由于其茂密的植被和强大的碳封存能力，该地区在过去三十年中拥有中国最大的陆地碳汇（以下简称“陆地碳汇”）（Piao等人，2009；Tian等人，2011；Wang等人，2022；He等人，2023a）。2022年，中国南部尤其是长江中下游地区（MLYR）发生了破纪录的极端复合干旱-热浪事件（DH2022）。现有研究主要探讨了DH22的气象特征（Lyu等人，2023）、演变过程（Liang等人，2023）和驱动机制（Hu等人，2024）。关于DH22对区域生态系统影响的研究非常有限，主要集中在利用气候变量和基于卫星的地表监测参数研究其对植被生长的影响（Wang等人，2023；Yan等人，2024）。2022年夏季的干旱使中国大部分地区的植被生长减少了超过一半，而热浪对植被生长的限制作用比干旱更为显著（Xu等人，2024）。目前缺乏具体量化DH22对区域生态系统碳汇影响规模及其时空演变特征的研究。
本研究采用GCAS v2大气反演模型，并结合TRENDYv13模拟，量化了2015至2022年的净生态系统交换（NEE），以评估中国南部碳循环对DH22事件的响应。我们还计算了2022年不同子区域和每种植物功能类型（PFT）的碳通量和气候因子异常值，以探究响应机制。本研究旨在回答以下问题：（1）DH22如何影响中国南部的陆地碳汇？（2）不同生态系统类型对DH22的响应机制是什么？
研究区域
中国南部（图1）面积约为240万平方公里，占中国总面积的约四分之一（约960万平方公里）。该地区以森林、农田和草地为主。该地区在中国农业生产中占据重要地位，拥有中国最大的陆地碳汇（He等人，2023a；Yu等人，2014；Fan等人，2024）。DH22事件始于7月，8月达到高峰，9月结束，尤其在
2022年干旱-热浪事件
DH22事件对中国南部大部分地区产生了显著影响，尤其是MLYR地区。JAS期间，MLYR地区出现了极端高温和干旱现象（图3和图S2）。降水量远低于正常水平，z分数为-0.9，而气温显著高于正常水平，z分数为0.7。这些大气异常伴随着土壤湿度显著下降（z分数为-1.7）和蒸散量（VPD）的急剧增加
季节性补偿效应
我们的研究表明，中国南部异常温暖湿润的春季显著弥补了DH22造成的碳损失。MLYR地区的春季GPP增加了46.1 TgC，增强了陆地碳汇24.0 TgC，几乎抵消了夏季45.8 TgC的减少。这种季节性对比——春季碳吸收旺盛而夏季下降明显——与以往研究的结果一致。在北美，2012年早季的温暖天气也产生了类似效应
结论
本研究采用综合方法，结合GCAS v2反演、TRENDY模拟和多颗卫星观测数据，评估了中国南部生态系统碳循环对DH22事件的响应。研究发现，中国南部的陆地碳汇减少了36.8 TgC，其中MLYR地区7月至9月的GPP下降是主要原因（-29.5 TgC）。2022年异常温暖湿润的春季使陆地碳汇增加了50.8 TgC
数据来源
CRediT作者贡献声明
张圆圆：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，方法学，数据管理。姜飞：撰写——审稿与编辑，方法学，研究调查，资金获取，正式分析。周彦莲：数据管理。董冠宇：撰写——审稿与编辑。吴东桥：数据管理。何伟：方法学。王军：正式分析。吴茂松：正式分析。王恒茂：正式分析。张凌宇：正式分析。贾梦伟：资金获取。鞠卫民：资金提供
