北半球冬季约50%的陆地被积雪覆盖，随着全球气候的变暖，大部分地区的积雪面积、积雪持续日数和雪水当量正持续减少。积雪变化不仅显著影响了植被生理和物候过程，也造成了植被生产力的重要变化。不同地区植被生产力对积雪变化的响应各异，积雪的时滞效应是导致这种差异的关键机制。然而，目前仍不清楚植被生产力对积雪变化的滞后响应程度，积雪变化对植被生产力的重要性往往被忽视。这些不足严重限制了我们对积雪变化情景下陆地生态系统碳循环动态变化的准确评估，并阻碍了“双碳”目标实现。
为此，南京大学高分辨率遥感实验室基于多源遥感数据开展了北半球积雪对植被生产力影响的时滞效应研究，首次全面量化了2000–2018年冬季积雪对生长季不同时期植被生产力的影响，揭示了积雪对植被生产力时滞影响的时空格局，并确定了不同驱动因素的贡献差异。
研究表明，冬季积雪变化对北半球约43%地区生长季植被生产力存在显著的影响（P<0.05）, 且这种滞后影响在不同地区存在明显的时间差异。但以往的研究大都忽视了这种时滞差异，导致积雪变化对植被生产力影响被严重低估。其中，影响低估面积约占北半球季节性积雪区12%~39%，影响大小平均低估0.2（偏相关系数）以上。
图1 积雪对不同地区植被生产力时滞影响的差异
积雪对植被生产力的影响平均滞后时间约73天（森林>灌木>草地），且主要表现为正效应（约31%），呈现明显的自南向北递减的纬度梯度。积雪的正效应主要集中在2–3个月，而负效应主要集中在1个月以内，其影响面积比例随着滞后时间尺度的增加而减小。在2000到2018年期间，积雪变化对植被生产力正效应和负效应的滞后时间分别呈现出显著增加（0.39 d yr–1）和减少（–0.45 d yr–1）变化趋势。
图2 积雪对植被生产力时滞影响的空间格局
图3 积雪对植被生产力时滞影响的变化趋势
气候因子 （温度、降水及风速）是调节积雪对植被生产力时滞影响变化的主导因素，贡献约40%。其中，积雪对植被生产力影响的滞后时间随着年均气温和降水量的增加而增加，而随着年均风速增加而减少。其次是地形和土壤因子，地形因子对积雪的正效应滞后时间变化影响较大，而土壤因子对积雪的负效应滞后时间变化影响较大。
图4 积雪对植被生产力时滞影响的驱动因素
该发现强调了在研究积雪-植被生产力相互作用时考虑区域时滞效应差异的必要性，为改进积雪变化对植被固碳影响评估提供了重要的参考，也为更好地应对全球气候变化提供了科学支撑。
该研究成果近日以“Winter snow cover influences growing-season vegetation productivity non-uniformly in the Northern Hemisphere”为题发表于Communications Earth & Environment。论文第一作者为南京大学地理与海洋科学学院博士生刘豪，通讯作者为肖鹏峰教授，合作作者为张学良副教授、博士生陈思勇、硕士生王蕴涵和王文野。该研究得到国家自然科学基金项目（42171307）和南京大学关键地球物质循环前沿科学中心“GeoX”交叉项目资助。
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Hao Liu, Pengfeng Xiao, Xueliang Zhang, Siyong Chen, Yunhan Wang, Wenye Wang. Winter snow cover influences growing-season vegetation productivity non-uniformly in the Northern Hemisphere. Communications Earth & Environment, 2023, 4: 487.
