全球陆地生态系统每年通过光合作用吸收大约四分之一由人类活动产生的二氧化碳，对于缓解全球变暖具有重要作用。但是，随着全球极端高温事件的频率和强度不断上升，这些生态系统吸收二氧化碳的能力正面临严峻考验。现有的研究多集中于长时间的单一极端事件或特定地区的量化评估，而未能全面揭示长期全球极端高温趋势如何影响陆地生态系统的碳吸收与排放过程，以及在极端高温条件下水热条件的变化对碳汇功能有何影响。
为解决这些问题，中国科学院新疆生态与地理研究所的土地变化与生态模拟研究小组整合了大气逆向模型、地球系统模型、机器学习模型预测的碳通量数据，以及全球气象站和再分析网络的数据，系统地评估了过去四十年间全球极端高温事件的发展模式，并深入分析了这些事件对陆地生态系统碳汇能力的影响，探讨了碳吸收与排放过程及水热条件变动对碳固定效能的影响机理。
研究发现，全球极端高温事件的发生越来越频繁，且强度逐渐加大，其频率和强度分别以每年0.82天和0.023°C的速度增长，这对全球陆地生态系统的碳固定能力造成了显著的负面影响。尤其在热带区域，这种影响尤为突出，占到了总体影响的约81±48%。与极端高温事件的频率相比，其强度对降低陆地生态系统碳固定能力的作用更为显著。这一现象主要是因为总初级生产力（即植物吸收二氧化碳的能力）的下降速度超过了生态系统呼吸作用（即释放二氧化碳的过程）的下降速度。此外，高温事件导致的碳汇能力下降主要受到从温度或土壤湿度控制向大气干旱控制转变的影响。研究还指出，当前地球系统模型无法准确模拟植被对极端高温的响应，往往过高估计了二氧化碳的吸收能力，需要提高模型在这方面的表现。预计未来随着极端高温事件的频率和强度继续上升，陆地生态系统吸收人类活动产生的二氧化碳的比例可能会进一步失衡，这将使实现气候目标变得更加困难。因此，在未来的气候预测中，应更加重视极端高温事件强度的变化趋势。这项研究为我国“双碳”目标的实现提供了重要的科学依据。
以上研究成果以“Weakening of global terrestrial carbon sequestration capacity under increasing intensity of warm extremes”为题发表在国际权威学术期刊《Nature Ecology & Evolution》。中国科学院新疆生态与地理研究所为第一贡献单位，袁秀亮研究员为论文第一作者，罗格平研究员和袁秀亮研究员为共同通讯作者。该研究得到国家引才计划、国家自然科学基金项目的支持。
图1 近40年全球极端高温事件频率及强度时空变化
图2 极端高温事件对净生态系统碳交换量的影响
