近日，清华大学地学系卢麾副教授课题组在《IEEE应用地球观测和遥感专题选刊》（IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing）上发表题为“全球植被对短时间尺度地表水含量的响应时间分布”（Global Patterns of Vegetation Response to Short-term Surface Water Availability）的论文，使用遥感观测的植被光学厚度和表层土壤水分数据，量化了全球范围内植被含水量对表层土壤水分响应时间长短，探讨了其可能存在的机理以及对生态系统恢复力的影响。

陆地植被与地表土壤水分的相互作用对地球系统的水碳循环均有十分重要的影响，然而在目前的研究中，对于二者相互作用的认知受限于其复杂的相互作用过程，同时观测数据的支持也较为缺乏。本研究通过使用5年的SMAP卫星观测植被光学厚度（VOD）和表层土壤水分（SSM）数据，建立VOD-SSM作用模型，并使用稳定性理论对VOD-SSM系统的稳定特征进行分析，得到全球范围的植被-土壤水作用记忆时间（）（图1）及植被-土壤水反应时间（）分布（图2）。

结果表明，VOD-SSM作用记忆时间和反应时间均具有较强的植被类型依赖性，且两个时间尺度呈现出一定的负相关关系。植被-土壤水作用记忆时间在草本植被区较长，在木本植被群落较短；而二者作用的反应时间往往在木本植被区较长，草本区较短。这一特征可能反映了木本和草本植被的生物物理过程区别：即木本植物能够将较为发达的植被冠层和根系作为自身的“水储库”（water reservoir），受到扰动时，外界的水分亏缺（或过量）信号更容易被水储库缓冲，从而造成了较长的反应时间和较短的记忆时间，草本植物则恰好相反。这种生物物理过程的差别也意味着在生态系统受到较强的外界扰动时（如极端干旱或洪涝），以草本植被为主导的生态系统遭到破坏的风险更高。

图1 植被-土壤水作用记忆时间及其与降水、年均VOD和植被类型的关系

图2 植被-土壤水反应时间及其与降水、年均VOD和植被类型的关系

研究还对植被-土壤水分响应敏感性及两个时间尺度与其他气候和植被因子（年平均降水、年平均植被覆盖密度）进行了分析。本文为研究全球生物圈和水圈的耦合作用提供了新方法，同时研究结果也为生态系统保护和可持续发展提供理论支持。

清华大学地学系博士生何晴为该论文的第一作者。地学系卢麾副教授为论文的通讯作者。合作者包括清华大学地学系阳坤教授，中国农业大学数学系甄苓教授，清华大学地学系博士生岳思妤和博士毕业生黎一杉，以及美国工程院院士、麻省理工学院Dara Entekhabi教授。本研究得到了国家重点研发计划项目（2017YFA0603703）和国家自然科学基金(91747101)的支持。

论文链接：

He, Qing, Hui Lu, Kun Yang, Ling Zhen, Siyu Yue, Yishan Li, and Dara Entekhabi. 2021. “Global Patterns of Vegetation Response to Short-Term Surface Water Availability.” IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, DOI: 10.1109/JSTARS.2021.3103854. https://ieeexplore.ieee.org/document/9511237

供稿：何晴

编辑：王佳音

审核：武海平