干旱对中国植被生长的直接影响及其长期后果

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：The Direct and Legacy Impacts of Droughts on Vegetation Growth in China

干旱风险时空格局及植被响应机制研究（1965-2018）。运用聚类分析与scPDSI指数评估发现，中国约17.1%的高风险干旱区集中在内陆河与黄河、长江与珠江流域交汇处。北方植被对干旱敏感，黄河北部NDVI与scPDSI相关系数达0.73。土壤水分限制导致前生长季干旱通过滞后效应抑制春季NDVI（海河均值-0.32）。

　　

摘要

在全球气候变化背景下，频繁发生的干旱对陆地生态系统构成了严重威胁。然而，过去几十年中国干旱风险的空间分布模式以及植被对干旱的响应机制仍不清楚，尤其是在大流域尺度上。本文采用了一种聚类分析方法，该方法利用自校准的帕尔默干旱严重度指数（scPDSI）来量化评估1965年至2018年间中国的干旱风险。此外，我们还研究了干旱对中国主要河流流域植被动态的直接和长期影响，并通过随机森林方法确定了主要的影响因素。研究结果表明，中国的高风险干旱区域约占17.1%，主要位于内陆河流域与黄河流域、长江流域与珠江流域的交汇处。中国北部的植被对干旱更为敏感，特别是在黄河和海河流域，1982年至2015年间，生长季节的去趋势归一化植被指数（NDVI）与scPDSI的相关系数分别为0.68和0.73。在干旱期间，降水对植被生长的贡献更大，尤其是在高风险干旱区域，随着干旱程度的加剧，植被生长与降水之间的耦合关系更加紧密。由于土壤水分的限制，中国北部的生长季前的干旱会对春季物候产生长期影响，尤其是在海河流域，导致春季NDVI异常值平均下降了0.32。总体而言，本研究强调了干旱压力对干旱和半干旱地区植被活动的脆弱性。

通俗语言总结

随着气候变化导致干旱频发，中国的陆地生态系统面临越来越大的风险。然而，干旱风险的空间分布模式以及植被对干旱的响应机制，尤其是在大流域尺度上，目前尚不明确。在这项研究中，我们使用了一种能够捕捉干旱多维特征的聚类分析方法，对1965年至2018年中国的干旱风险进行了全面评估。我们还研究了干旱如何直接和间接影响主要河流流域的植被动态。研究结果表明，约17.1%的中国地区属于高风险干旱区域，尤其是在内陆河流域与黄河流域、长江流域与珠江流域的交汇处。中国北部的植被，尤其是黄河和海河流域的植被，对干旱非常敏感。在高风险干旱区域，随着干旱强度的增加，降雨对植被生长的作用变得越来越重要。此外，由于土壤水分的限制，生长季前的干旱会减缓中国北部的植被生长，尤其是在海河流域。这项研究对于干旱监测、干旱损害评估和应对措施制定具有重要的参考价值。

利益冲突

作者声明与本研究无关的任何利益冲突。

数据来源说明

本研究使用的气象数据来自中国气象局国家气象信息中心（CMDC，2024；http://data.cma.cn）。AWC数据来源于国家冰冻圈与沙漠数据中心（Dai & Shangguang，2021；https://www.ncdc.ac.cn/portal/metadata/0b691e2e-6235-4f61-baa9-01b00b5959bb）。土壤湿度数据来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF，Mu?oz Sabater，2019；https://cds.climate.copernicus.eu/datasets/reanalysis-era5-land?tab=overview）。GIMMS NDVI 3g产品来自美国国家海洋和大气管理局（NOAA）极轨气象卫星上的AVHRR仪器（Pinzon & Tucker，2014；https://www.earthdata.nasa.gov/data/catalog/ornl-cloud-global-veg-greenness-gimms-3g-2187-1）。灌溉农田分布数据来自国家生态系统科学数据中心（Zhang, Dong, & Ge，2022；https://www.nesdc.org.cn/sdo/detail?id=6406a0857e281740ae0f2924&subjectCode=1311）。