全球土壤湿度与植被变化研究取得新进展

土壤湿度和植被对气候变化很敏感，在陆地表面的水文过程，能量交换和生物地球化学循环中起着至关重要的作用，二者对气候变化的响应已被认为是全球变化的核心问题。在全球气候和生态环境迅速变化的背景下，全球表层土壤湿化还是干化，植被是绿化还是恶化，以及其驱动机制等尚不清楚。  

中科院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室王世杰研究员领导的研究团队，在国际学术期刊《Ecological Indicators》、《Hydrological Processes》和《Forests》等发表了多篇研究论文，揭示了近40年全球表层土壤湿度和植被的动态特征及主要影响因素。  

土壤湿度方面：本研究基于全球670个土壤湿度实测站点以及扩展的三重组合方法评估了来自微波遥感、陆面模型和再分析资料等6套表层土壤湿度产品的可靠性（图1）。研究发现：1979-2017年全球表层土壤湿度总体上呈显著减少趋势，且在2001-2017年土壤干化速率加快，是1979-2000年干化速率的2倍（图2）；在空间上，全球表层土壤干化面积以每年1%的速率扩张。Hurst指数表明全球持续性变干地区面积占比为59.33%，显著高于持续变湿地区（28.36%），这表明在未来一段时间，全球土壤将仍以干化趋势为主。  

植被变化方面：本研究使用归一化植被指数（NDVI）表征植被覆盖，利用Theil-Sen中值趋势分析耦合Mann-Kendall检验和增强型回归（BRT）模型等方法来量化1982至2015年植被的演变趋势及其影响因素，发现：全球年平均NDVI以4×10^？4/年的速度上升。全球植被绿化趋势显著（占陆地面积的34%），主要在萨赫勒、欧洲、印度和中国南方地区。全球植被的恶化区域占陆地面积的10%，分布在加拿大、南美洲、非洲中部和中亚（图3）。全球有大约21%的陆地上植被的生长主要受到降雨的影响，主要发生在干旱地区，如中亚和澳大利亚；主要受气温影响的地区占36%，位于赤道附近或高纬度地区（图4）。研究最后指出，除了该研究所诊断的影响因子以外，二氧化碳调节和氮沉降等因子也对植被产生重要的影响，在未来的研究中需要考虑更多的必要的影响因素。  

研究得到了中国科学院A类战略性先导科技专项美丽中国生态文明建设科技工程重大课题（No. XDA23060100），国家重点研发计划（No. 2016YFC0502300 & No. 2016YFC0502102），喀斯特中心联合基金（No. U1612441）等项目的联合资助。  

论文链接：  

“Comparison of soil moisture products from microwave remote sensing, land model, and reanalysis using global ground observations” （https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/hyp.13636）  

“Variation trend of global soil moisture and its cause analysis” （https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X19309343）  

“Factors Affecting Long-Term Trends in Global NDVI”（https://www.mdpi.com/1999-4907/10/5/372）  

　　　　图1 ERA-Interim、ESA CCI和GLDAS土壤湿度与土壤湿度“真值”的相关系数的平方R²及RMSE的空间分布  

　　　　图2 1979-2017年全球土壤湿度在区域平均尺度及像元尺度下的变化趋势  

　　　　图3 1982年至2015年NDVI演变趋势的空间分布  

　　　　图4 全球年平均NDVI与温度和降雨的相关系数分布图  

　　（王世杰课题组/供稿）