空天院等揭示全球干旱区陆地水储量对植被生长的响应特征和预测未来趋势

近期，中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室研究员王树东带领的生态水文遥感团队，在干旱区生态水文响应研究方面取得重要成果。该研究揭示了过去四十年来（1982年至2016年）全球干旱地区植被生长和陆地水储量的趋势，评估了陆地水存储对植被生长的响应，并预测了未来陆地水存储的演变趋势。

长期以来，干旱地区在粮食、能源、水资源和生态系统服务等方面的可持续发展问题日益受到关注。干旱地区的水文与水资源对促进干旱地区的发展尤其关键。目前，在人类干预和气候变化背景下，关于干旱区水资源对农业与社会经济发展、生态系统管理的响应特征尚缺乏共识，未来植被动态和陆地水储量响应的转变仍存在知识空白，特别是在全球气候变化的大背景下，干旱地区农林业和畜牧业的管理面临挑战。

该团队主要基于卫星获取的植被产品（归一化植被指数、叶面积指数、光合有效辐射吸收比率、总初级生产力和植被光学厚度）以及卫星和模型获得的陆地水储量数据（陆地水存储异常和土壤湿度）开展研究。

该研究量化了干旱地区植被生长与陆地水储量之间的关系。研究通过整合卫星观测数据和模型输出，发现1982年至2016年，全球干旱地区的植被生长总体呈增加趋势，而陆地水存储则呈下降趋势。尤其是在以农田为主的地区，干旱地区的绿度变化与陆地水储量之间呈现出明显的负相关关系。这种关系在植被生产力增长速率较高的情况下尤为显著。进一步，研究发现，干旱地区的水储量减少并非径流，而主要受降水和蒸散发变率的影响。

该团队结合遥感观测数据、地球系统模型模拟和机器学习方法，预测了生态水文变量的未来趋势。模拟分析结果表明，到2100年，干旱地区的陆地水储量可能会明显减少，而干旱地区的扩张可能达到4.1-10.6%。这一预测不仅揭示了干旱地区对植被生长持续不利的响应，而且凸显了协调规划生态恢复、农业管理和水资源利用的紧迫性。

该工作还分析了人类活动对干旱区水文状况的影响。干旱地区植被生长与陆地水储量之间的关系受到多种因素的影响，包括区域环境、气候要素和人类活动。其中，农作物种植和畜牧业是干旱地区的主要经济活动，由此带来的对植被生长对水资源的需求在不断增加，这将影响全球约51.7亿人口（包括发展中国家64%的人口）。

该研究为探索干旱地区生态系统变率与转变提供了重要线索，并为干旱地区的可持续发展和资源管理提供了科学依据。相关研究成果以Past and future adverse response of terrestrial water storages to increased vegetation growth in drylands为题，发表在npj Climate and Atmospheric Science上。该研究由空天院、中国气象科学研究院和美国布朗大学等合作完成。遥感科学国家重点实验室为本研究的第一完成单位。

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