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陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯增強(qiáng)，通常被歸因于大氣CO₂施肥效應(yīng)、氣候變暖及氮沉降增加等因素。地表風(fēng)速直接影響邊界層氣體交換、蒸散發(fā)過程及植被水分狀態(tài)，但其對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的作用尚缺乏系統(tǒng)評估。全球地表風(fēng)速在過去數(shù)十年間持續(xù)減弱，近年在局地出現(xiàn)反彈，其中風(fēng)速變化如何影響全球陸地植被固碳能力，成為亟需探討的科學(xué)問題。

近期，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所研究員付叢生團(tuán)隊(duì)，研究了風(fēng)速變化對全球陸地植被碳匯功能的影響。研究團(tuán)隊(duì)綜合全球風(fēng)速再分析數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感總初級生產(chǎn)力（GPP）數(shù)據(jù)、通量觀測站點(diǎn)數(shù)據(jù)及CMIP6地球系統(tǒng)模式數(shù)據(jù)，模擬評估了1983年至2100年間，全球陸地生態(tài)系統(tǒng)GPP對風(fēng)速變化的敏感性。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步結(jié)合陸面過程模擬數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了這一敏感性指標(biāo)的穩(wěn)健性，揭示了風(fēng)速影響陸地生態(tài)系統(tǒng)GPP的關(guān)鍵機(jī)制。

研究發(fā)現(xiàn)，1983年至2100年間，全球地表風(fēng)速呈現(xiàn)“減弱-回升-減弱”的演變特征，具體表現(xiàn)為1983年至2010年期間顯著下降，2011年至2030年出現(xiàn)階段性回升，預(yù)計(jì)2031年至2100年期間再次下降。多源數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，全球陸地生態(tài)系統(tǒng)GPP對風(fēng)速變化表現(xiàn)出負(fù)敏感性，敏感度變化范圍為?156.7至?65.8g C·m^-2·yr^-1·(m·s^-1)^-1。

機(jī)制分析表明，風(fēng)速變化通過改變大氣干燥度與土壤水分狀況，調(diào)控葉片氣孔導(dǎo)度，進(jìn)而影響植物光合作用強(qiáng)度。風(fēng)速下降提高冠層空氣的相對濕度，降低水汽壓虧缺與蒸散發(fā)強(qiáng)度，并減少土壤蒸發(fā)與土壤水分消耗。這些變化共同促進(jìn)葉片氣孔導(dǎo)度提升，從而增強(qiáng)植物光合速率。盡管風(fēng)速降低增加了葉片邊界層阻力，理論上不利于CO₂交換，但模型敏感性分析結(jié)果顯示，氣孔導(dǎo)度增強(qiáng)對GPP的促進(jìn)作用，強(qiáng)于邊界層阻力帶來的抑制作用。因此，風(fēng)速下降的凈效應(yīng)表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)GPP的提升。

研究進(jìn)一步指出，1983年至2010年期間，風(fēng)速下降對全球陸地生態(tài)系統(tǒng)GPP增長的貢獻(xiàn)約占6.0%至7.8%，僅次于大氣CO₂施肥效應(yīng)。風(fēng)速下降對草地GPP增加的貢獻(xiàn)最為顯著，占比達(dá)26.8%至73.3%。一方面，草地植被類型對應(yīng)的風(fēng)速下降幅度更大；另一方面，草地光合作用對空氣濕度和蒸散過程高度敏感，風(fēng)速變化可加強(qiáng)調(diào)節(jié)其水分通量與氣孔行為，從而影響其光合效率。

該研究表明，未來陸地生態(tài)系統(tǒng)GPP對風(fēng)速變化的敏感性將進(jìn)一步增強(qiáng)。這意味著在2031年至2100年期間，風(fēng)速持續(xù)下降仍將對全球陸地生態(tài)系統(tǒng)GPP產(chǎn)生促進(jìn)作用。若未來風(fēng)速繼續(xù)發(fā)生系統(tǒng)性變化，其對全球陸地碳循環(huán)過程的長期影響將愈加重要，值得持續(xù)關(guān)注。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

論文鏈接

全球陸地風(fēng)速變化及生態(tài)系統(tǒng)GPP對風(fēng)速變化的敏感性

風(fēng)速變化影響生態(tài)系統(tǒng)GPP的機(jī)制解析

風(fēng)速變化對全球陸地生態(tài)系統(tǒng)GPP貢獻(xiàn)的定量評估