全球气候对生态系统生产力年际变化的控制:从太阳诱导的叶绿素荧光和增强的植被指数推断的相似性和差异性
研究气候因子如何调控全球生态系统生产力的年际变化（IAV），对于理解气候变化下生态系统-气候相互作用和碳-气候反馈具有重要意义。然而，由于缺乏对全球尺度生态系统生产力的直接测量，我们对全球气候对生态系统生产力IAV的控制的认识受到了限制。我们利用一个长期的、高分辨率的太阳诱导叶绿素荧光(SIF)产品(GOSIF)来研究气候因素如何驱动全球生态系统生产力的IAV。该产品的生产基于轨道碳观测卫星(OCO-2)测量的SIF。我们考察了从SIF得到的结果与基于卫星获得的植被绿度和生产力测度中分辨率成像光谱仪(MODIS)得到的增强植被指数(EVI)得出的结果有何不同。两种生产力指标均显示出土壤水分对全球生态系统生产力的主导作用，特别是在干旱和半干旱地区。SIF对气候变化的敏感性高于EVI。湿润地区SIF与太阳辐射呈正相关，EVI与太阳辐射无显著相关。在生态系统水平上，SIF与气候因子的相关性更强，表明SIF比EVI更有能力捕捉总初级生产力(GPP)变化。SIF和EVI的比较也凸显了水分胁迫下生态系统生产力对太阳辐射的生物特异性(取决于树木覆盖)响应。研究结果揭示了全球气候对生态系统生产力IAV的控制作用，揭示了生态系统生产力IAV与植被指数在表征生态系统生产力方面的机制差异。
数据：MODIS EVI; GOSIF; MCD12C1; air temperature; VPD; PAR; precipitation; global aridity map; Fluxnet 2015
方法：全球尺度分析；站点尺度分析；生态系统对干旱的响应
图1.在干旱梯度的网格单元尺度上，生态系统生产力的年际变异性(IAV)与气候驱动因素之间的部分相关系数。SIF来自0.05°细空间分辨率的GOSIF。箱型图显示了年SIF(或EVI)与气候因子之间的部分相关系数(r)，这些因子包括(a)土壤水分；(b)温度；(c)PAR；(d)VPD；以及(e)控制所有其他气候因子后的降水量。
图2.生态系统生产力(SIF和EVI)与气候驱动因素的偏相关系数示意图:(a, d)土壤水分;(b, e)温度;(c, f) PAR是温度和干燥度的函数。
图3.生态系统生产力(SIF和EVI)与气候因子偏相关的全球分布:(a、b)土壤水分;(c, d)温度;和(e, f) PAR。
图4.全球涡度相关通量点的位置和分布(a)以及生态系统生产力(SIF和EVI)与气候驱动因素的偏相关系数:(b, c)土壤湿度;(d, e)温度;(f, g)代表南北半球不同的生物群落。(a)中的红圈表示在通量站的地址。