美國太空總署領導的一項研究表明,全年降雨模式(特別是降雨事件的頻率和強度)對全球植被健康的影響幾乎與年降雨總量一樣重要。
研究表明,降雨頻率較低但較多的降雨可能有利於美國西南部等乾旱地區的植物,但由於乾旱間隔時間較長,可能會損害中美洲雨林等濕潤生態系統中的植物。
降雨模式對全球植被的影響
美國太空總署領導的一項研究表明,全年降雨方式對世界植被的影響幾乎與降雨總量一樣重要。發表於 12 月 11 日自然研究表明,即使年度降雨總量相似,植物生長也會因降雨量較少、強度較大或陣雨較多、較小而有顯著差異。
乾燥環境中的植物,例如美國西南部,在集中暴雨時往往會茁壯成長,受益於強烈但偶爾的浸泡。相較之下,中美洲雨林等潮濕地區的植被經常在這些條件下掙扎,可能是因為無法承受風暴之間較長的乾旱期。
降雨量變化的作用
科學家先前估計,世界上近一半的植被主要由一年的降雨量所驅動。研究的主要作者、水文學家和生態系統科學家安德魯費爾德曼 (Andrew Feldman) 表示,人們不太了解日常變化的作用。美國太空總署位於馬裡蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心。與一個世紀前相比,降水模式的變化正在產生更強的暴雨,其間的乾旱期更長。
“你可以這樣想:如果你有一種室內植物,如果你在周日給它澆滿一壺水,而不是在周一、週三和周五給它三分之一壺水,會發生什麼?”費爾德曼說。將其擴大到美國玉米帶或雨林的大小,答案可能會對作物產量以及最終植物從大氣中清除的二氧化碳產生影響。
先進衛星分析的見解
該團隊包括來自美國農業部和多所大學的研究人員,分析了二十年來跨越數百萬平方英里的實地和衛星觀測結果。他們的研究區域涵蓋了從西伯利亞到巴塔哥尼亞南端的各種景觀。
他們發現,地球植被表面 42% 的植物對每日降雨量變化很敏感。其中,超過一半的人在潮濕天氣較少但更強烈的年份表現得更好,通常表現出成長的成長。其中包括農田以及草原和沙漠等乾燥景觀。
相較之下,低緯度和中緯度地區的闊葉林(例如橡樹、楓樹和山毛櫸)和雨林在這些條件下往往表現較差。這種影響在印度太平洋雨林中尤其明顯,包括菲律賓和印尼。
從統計數據來看,每日降雨量變化在推動全球經濟成長方面幾乎與年降雨量一樣重要。
生長中的植物發出一種光,可以被美國太空總署在地球上空數百英里的軌道上運行的衛星偵測到。北美部分地區在這張視覺化中似乎閃閃發光,描繪了平均年份。灰色表示很少或沒有螢光的區域;紅色、粉紅色和白色表示高螢光。圖片來源:NASA 科學視覺化工作室
紅燈、綠燈
這項新研究主要依賴 NASA 的一系列任務和資料集,包括 GPM 的綜合多衛星檢索(綜合管理小組)演算法,該演算法使用國際衛星網路每 30 分鐘提供地球大部分地區的降雨和降雪率。
為了衡量植物的日常反應,研究人員計算了衛星影像中某個區域的綠色程度。“綠色”,也稱為歸一化植被指數,通常用於估計植被密度和健康狀況。他們也追蹤了植物在生長過程中發出的微弱紅光。光合作用當植物吸收陽光將二氧化碳和水轉化為食物時,其葉綠素會「洩漏」未使用的光子。這種微弱的光叫做太陽誘導螢光,這是植被茂盛的跡象。
植物螢光肉眼不可見,但可以透過 NASA 軌道碳觀測站 (OCO-2) 等衛星上的儀器檢測到。 OCO-2於2014年發射,對美國中西部地區進行了觀測發出強烈螢光在生長季節。
費爾德曼說,這些發現凸顯了植物在地球周圍碳移動(這個過程稱為碳循環)中所扮演的重要角色。包括農作物、森林和草原在內的植被形成了一個巨大的碳“匯”,吸收了大氣中多餘的二氧化碳。
費爾德曼說:“更好地了解植物如何日復一日、暴風雨般地茁壯成長或衰退,可以幫助我們更好地了解它們在這個關鍵週期中的作用。”
參考文獻:“大型全球植被對每日降雨量變化的敏感性”,作者:Andrew F. Feldman、Alexandra G. Konings、Pierre Gentine、Mitra Cattry、Lixin Wang、William K. Smith、Joel A. Biederman、Abhishek Chatterjee、Joanna Joiner 和本傑明·保爾特,2024 年 12 月 11 日,自然。
DOI:10.1038/s41586-024-08232-z
這項研究還包括美國太空總署噴射推進實驗室的研究人員(噴射推進實驗室)在南加州,美國農業部農業研究局,史丹佛大學,哥倫比亞大學、印第安納大學和亞利桑那大學。