研究表明风速变化显著影响全球陆地植被固碳

陆地生态系统碳汇增强，通常被归因于大气CO₂施肥效应、气候变暖及氮沉降增加等因素。地表风速直接影响边界层气体交换、蒸散发过程及植被水分状态，但其对陆地生态系统碳汇功能的作用尚缺乏系统评估。全球地表风速在过去数十年间持续减弱，近年在局地出现反弹，其中风速变化如何影响全球陆地植被固碳能力，成为亟需探讨的科学问题。

近期，中国科学院南京地理与湖泊研究所研究员付丛生团队，研究了风速变化对全球陆地植被碳汇功能的影响。研究团队综合全球风速再分析数据、卫星遥感总初级生产力（GPP）数据、通量观测站点数据及CMIP6地球系统模式数据，模拟评估了1983年至2100年间，全球陆地生态系统GPP对风速变化的敏感性。研究团队进一步结合陆面过程模拟数据，验证了这一敏感性指标的稳健性，揭示了风速影响陆地生态系统GPP的关键机制。

研究发现，1983年至2100年间，全球地表风速呈现“减弱-回升-减弱”的演变特征，具体表现为1983年至2010年期间显著下降，2011年至2030年出现阶段性回升，预计2031年至2100年期间再次下降。多源数据分析结果表明，全球陆地生态系统GPP对风速变化表现出负敏感性，敏感度变化范围为−156.7至−65.8g C·m^-2·yr^-1·(m·s^-1)^-1。

机制分析表明，风速变化通过改变大气干燥度与土壤水分状况，调控叶片气孔导度，进而影响植物光合作用强度。风速下降提高冠层空气的相对湿度，降低水汽压亏缺与蒸散发强度，并减少土壤蒸发与土壤水分消耗。这些变化共同促进叶片气孔导度提升，从而增强植物光合速率。尽管风速降低增加了叶片边界层阻力，理论上不利于CO₂交换，但模型敏感性分析结果显示，气孔导度增强对GPP的促进作用，强于边界层阻力带来的抑制作用。因此，风速下降的净效应表现为生态系统GPP的提升。

研究进一步指出，1983年至2010年期间，风速下降对全球陆地生态系统GPP增长的贡献约占6.0%至7.8%，仅次于大气CO₂施肥效应。风速下降对草地GPP增加的贡献最为显著，占比达26.8%至73.3%。一方面，草地植被类型对应的风速下降幅度更大；另一方面，草地光合作用对空气湿度和蒸散过程高度敏感，风速变化可加强调节其水分通量与气孔行为，从而影响其光合效率。

该研究表明，未来陆地生态系统GPP对风速变化的敏感性将进一步增强。这意味着在2031年至2100年期间，风速持续下降仍将对全球陆地生态系统GPP产生促进作用。若未来风速继续发生系统性变化，其对全球陆地碳循环过程的长期影响将愈加重要，值得持续关注。

相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。

论文链接

全球陆地风速变化及生态系统GPP对风速变化的敏感性

风速变化影响生态系统GPP的机制解析

风速变化对全球陆地生态系统GPP贡献的定量评估