卫星观测显示降雨模式变化影响农作物和森林

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美国宇航局牵头的一项新研究发现，对于世界植物而言，一年中降雨量与降雨量几乎同样重要。研究人员在 12 月 11 日发表于《自然》杂志的报告中指出，即使在降雨总量相似的年份，当降雨量较少但降雨量较大时，植物的状况也会有所不同。
在降雨频率较低但降雨集中的年份，美国西南部等较干燥环境中的植物更有可能茁壮成长。在中美洲雨林等潮湿的生态系统中，植被的状况往往更糟，可能是因为它们无法忍受较长时间的干旱。
科学家此前估计，全球近一半的植被主要受一年降雨量的影响。论文第一作者、美国宇航局戈达德太空飞行中心（位于马里兰州格林贝尔特）的水文学家和生态系统科学家安德鲁·费尔德曼表示，人们对日变化的影响了解得较少。与一个世纪前相比，不断变化的降水模式带来了更强的暴雨，而其间的干旱期更长。
“你可以这样想：如果你有一株室内植物，如果你在周日给它浇满一壶水，而在周一、周三和周五只浇三分之一壶水，结果会怎样？”费尔德曼说。如果将其与美国玉米带或雨林的面积进行比较，答案可能会对农作物产量产生影响，并最终影响植物从大气中吸收多少二氧化碳。
沙漠中绽放
该团队由来自美国农业部和多所大学的研究人员组成，他们分析了 20 年来实地和卫星观测数据，覆盖了数百万平方英里。他们的研究区域涵盖了从西伯利亚到巴塔哥尼亚南端的各种景观。
他们发现，地球上 42% 的植被覆盖的陆地表面的植物对每日降雨量的变化很敏感。其中，在雨天较少但雨量较多的年份，略多于一半的植物表现更好，通常生长得更快。这些地区包括农田以及草原和沙漠等较干燥的景观。
相比之下，中低纬度地区的阔叶林（例如橡树、枫树和山毛榉）和雨林在这种条件下的情况往往更糟。这种影响在印度洋-太平洋雨林（包括菲律宾和印度尼西亚）尤为明显。
从统计数据来看，在推动全球经济增长方面，每日降雨量变化几乎与年降雨总量一样重要。
这项新研究主要依赖于 NASA 的一系列任务和数据集，包括 GPM 的综合多卫星检索 (IMERG) 算法，该算法利用国际卫星网络每 30 分钟提供地球大部分地区的降雨量和降雪率。
为了每天测量植物的反应，研究人员计算了卫星图像中某个区域的绿色程度。“绿度”也称为归一化差异植被指数，通常用于估计植被密度和健康状况。他们还追踪了植物在光合作用过程中发出的微弱红光，当植物吸收阳光将二氧化碳和水转化为食物时，其叶绿素会“泄漏”未使用的光子。这种微弱的光被称为太阳诱导荧光，它是植被茂盛的明显标志。
植物荧光肉眼无法看见，但可以通过 NASA 的轨道碳观测站 2 (OCO-2) 等卫星上的仪器探测到。OCO-2 于 2014 年发射，它观察到美国中西部在生长季节发出强烈荧光。
费尔德曼表示，研究结果凸显了植物在地球碳循环过程中发挥的重要作用。包括农作物、森林和草原在内的植被形成一个巨大的碳“汇”，吸收大气中过量的二氧化碳。
费尔德曼说：“更深入地了解植物如何在一天天、一次次风暴中生长或衰败，可以帮助我们更好地理解它们在这一关键循环中的作用。”
这项研究还包括来自美国宇航局南加州喷气推进实验室、斯坦福大学、哥伦比亚大学、印第安纳大学和亚利桑那大学的研究人员。