研究背景
陆地生态系统总初级生产力（GPP）是全球碳循环的重要组成部分，其日变化受太阳辐射、温度和水分可用性等环境因素的驱动。随着气候变化的加剧，GPP的日变化模式将受到显著影响。以往研究主要依托极地轨道卫星数据，侧重于月及年际尺度上气候变化对GPP的影响。然而，在亚日尺度上，气候因素对光合作用的即时驱动效应更为显著，亟需进一步深入探讨。
研究方法
本研究利用基于OCO-3 SIF的全球逐时总初级生产力数据集（GPPSIF，数据共享网址：https://cstr.cn/15732.11.nesdc.ecodb.rs.2024.030 南京大学张永光团队发布2000-2022年基于卫星日光诱导叶绿素荧光的全球逐时总初级生产力数据集和全球逐时冠层总激发SIF数据集）和全球FLUXNET站点的半小时尺度GPP通量观测，系统分析了光合作用的日变化动态，通过分箱解耦与随机森林两种方法，解耦了VPD与空气温度和土壤水分等因素的交互作用，探讨了气候因素对全球光合作用下午降低的影响。此外，本研究进一步探索了地球系统模型（ESMs）模拟的光合作用日变化模式，揭示了各模型中主导光合作用日变化的关键驱动因素，为改进模型提供关键科学依据。
研究结果
1. VPD的增加导致GPP日质心从中午12:00提前至上午10:30，而温度对GPP日变化的显著影响仅在温度超过26°C时出现，土壤湿度对GPP日变化的影响相对较小。随着VPD梯度的增加，GPP的下午降低趋势加剧，同时其高峰时间显著提前至上午时段。
图1.气候因子与光合作用日变化模式的关系
2. 进一步解耦气候因素之间的相互作用后，揭示了VPD是全球光合作用下午降低的主要驱动因素，其限制效应在半干旱和半湿润地区最为显著，尤其在稀树草原、木本稀树草原、农田和草原等生态系统。相比之下，温度在极干旱和极湿润地区对光合作用的影响更为突出，而土壤水分对光合作用下午降低的影响相对较小。在VPD和温度解耦后，高VPD对GPP的下午限制效应（ΔGPP（VPD|Tair）= 2.44%）显著强于高温效应（ΔGPP（Tair|VPD）= 1.74%）。
图2. 解耦温度和VPD交互作用
3. 在十个CMIP6模型中，只有CMCC-CM2-SR5和CMCC-ESM2能够在全球范围内表现出光合作用的下午下降现象，而其他模型未能识别这一特征，反而在大部分区域模拟出下午光合作用的增强。所有模型均未能准确捕捉VPD对下午光合作用的负面影响，而是将温度作为日变化的主要驱动因素。
主要结论：
本研究强调了VPD在光合作用日变化中的关键作用，并指出需要在地球系统模型中改进对VPD效应的模拟，以提升对全球碳循环的理解与准确预测。主要结论如下：
1. VPD的增加导致光合作用日峰值时间提前至上午更早的时段；
2. VPD主导的干旱胁迫是全球光合作用下午下降的主要驱动因素；
3. CMIP6 ESMs低估了VPD对下午光合作用的负面影响，未能有效捕捉光合作用下午降低现象。
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