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Nature Ecology & Evolution | 2024 气候引起的树木死亡脉冲被大规模和长期的绿化所掩盖

发布日期:2024-12-24

文章信息:Yan, Y., Piao, S., Hammond, W. M., Chen, A., Hong, S., Xu, H., Munson, S. M., Myneni, R. B., & Allen, C. D. (2024). Climate-induced tree-mortality pulses are obscured by broad-scale and long-term greening. Nature Ecology & Evolution, 8, 912–923. https://doi.org/10.1038/s41559-024-02372-1

整理人:闫甲祺,2024级硕士研究生

整理时间:2024年12月24日


Abstract: Vegetation greening has been suggested to be a dominant trend over recent decades, but severe pulses of tree mortality in forests after droughts and heatwaves have also been extensively reported. These observations raise the question of to what extent the observed severe pulses of tree mortality inducedbyclimatecouldaffectoverallvegetationgreennessacross spatialgrains and temporal extents. To address this issue, here we analyse three satellite-based datasets of detrended growing-season normalized difference vegetation index (NDVIGS) with spatial resolutions ranging from 30 m to 8 km for1,303field-documentedsitesexperiencingseveredroughtorheat-inducedtree-mortality events around the globe. We find that severe tree-mortality events have distinctive but localized imprints on vegetation greenness over annualtimescales,whichareobscuredbybroad-scaleand long-termgreening.Specifically, although anomalies in NDVIGS (ΔNDVI) are negative during tree-mortality years, this reduction diminishes at coarser spatial resolutions (that is,250 m and 8 km).Notably,tree-mortality-induced reductions in NDVIGS (|ΔNDVI|) at 30-m resolution are negatively related to native plantspeciesrichness andforestheight,whereastopographicheterogeneityis the major factor affectingΔNDVIdifferencesacrossvariousspatialgrainsizes. Over time periods of a decade or longer, greening consistently dominates all spatial resolutions. The findings underscore the fundamental importance of spatio-temporal scales for cohesively understanding the effects of climate change on forest productivity and tree mortality under both gradual and abrupt changes.

摘要:植被绿化被认为是近几十年来的主要趋势,但干旱和热浪后森林中树木死亡的严重脉冲也被广泛报道。这些观察结果提出了一个问题:观察到的由气候引起的树木死亡的严重脉冲会在多大程度上影响空间颗粒和时间范围内的整体植被绿度。为了解决这个问题,我们在这里分析了三个基于卫星的去趋势生长季节标准化差异植被指数 (NDVIGS) 数据集,空间分辨率范围从 30 m 到 8 km,涉及全球 1,303 个经历严重干旱或高温引起的树木死亡事件的现场记录地点。我们发现,严重的树木死亡事件在年度时间尺度上对植被绿度产生独特但局部的影响,而这种影响被大范围和长期的绿化所掩盖。具体来说,尽管在树木死亡年份,NDVIGS (ΔNDVI) 的异常为负,但这种减少在较粗的空间分辨率下会减弱。 (即 250 至 8 公里)。值得注意的是,树木死亡引起的 NDVIGS 减少30米分辨率下的(|ΔNDVI|)与本地植物物种丰富度和视野高度呈负相关,而地形异质性是影响不同空间粒度ΔNDVI差异的主要因素。在十年或更长时间的时间里,绿化始终主导着所有空间分辨率。研究结果强调了时空尺度对于统一理解气候变化在渐进和突然变化下对森林生产力和树木死亡率的影响的根本重要性。


1. 研究背景:

  • 气候变化影响: 气候变化导致极端事件的频率和强度增加,尤其是干旱和热浪,这些事件对森林生态系统造成了严重影响,导致树木死亡的脉冲现象。

  • 植被绿化趋势: 尽管观察到树木死亡的脉冲,近年来全球范围内的植被绿化趋势仍然占主导地位,这引发了对树木死亡对整体植被绿度影响程度的质疑。

2. 研究意义:

  • 理解生态系统动态: 研究气候引起的树木死亡脉冲如何影响植被绿度,对于理解生态系统在逐渐和突发变化下的动态至关重要。

  • 生态系统管理: 通过揭示树木死亡与植被绿化之间的关系,研究结果有助于制定有效的森林管理和保护策略,以应对气候变化带来的挑战。

3. 研究方法:

  • 数据综合分析: 分析来自1,303个地理坐标明确的树木死亡事件的卫星数据,使用三种不同分辨率的归一化植被指数(NDVI)数据集(Landsat、MODIS和GIMMS)。

  • 时空尺度比较: 比较树木死亡事件发生年份的NDVI变化,分析不同空间分辨率和时间尺度下的植被绿度响应。

  • 机器学习模型: 使用极端梯度提升(XGBoost)和Shapley加法解释(SHAP)模型,分析影响NDVI变化的环境和生态因素。

4. 主要结论:

  • 树木死亡的短期影响: 在树木死亡事件发生的年份,NDVI出现负异常,表明树木死亡对植被绿度有短期负面影响。

  • 长期绿化趋势: 随着时间尺度的延长,长期NDVI趋势显示出一致的绿化现象,尽管经历了树木死亡事件。

  • 空间分辨率的影响: 在较高空间分辨率(如Landsat)下,树木死亡事件的影响更明显,而在较低分辨率(如MODIS和GIMMS)下,这种影响被稀释。

  • 环境异质性的重要性: 植被绿度的变化受到环境异质性(如地形复杂性和植物种类丰富度)的显著影响,强调了保护栖息地异质性和生物多样性的重要性。

5. 研究展望:

  • 未来研究方向: 未来的研究应重点关注气候变化对森林生态系统的影响,特别是树木死亡事件与植被绿度之间的关系。

  • 高分辨率数据的必要性: 强调需要使用高空间分辨率的数据和更真实的过程模型,以更准确地预测生态系统动态及其碳循环后果。

  • 综合考虑地上与地下生态响应: 未来的生态研究应综合考虑地上和地下生物对气候变化的响应,以全面理解生态系统的功能和稳定性。


6. 研究主要图表:

01 与树木死亡地点位置相对应的多尺度传感器 NDVIGS 的变化

02 基于不同传感器的 ΔNDVI 值的四类树木死亡地点

03 来自多尺度传感器的ΔNDVI对潜在驱动因素的依赖性

04 树木死亡率在270米(P270 m)和8公里(P8 km)范围内的陆地卫星像素的组合网格及其驾驶员的百分比


原文链接:https://www.nature.com/articles/s41559-024-02372-1                    

原文转引:https://mp.weixin.qq.com/s/6vF3pS22u29KNs6S91QTwQ 


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