以下文章来源于RS生态人 ，作者兰云飞、RS
植被净初级生产力（Net primary productivity，NPP）是指绿色植物在单位时间和单位面积上，由光合作用产生的有机干物质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分。作为植被生态系统中物质与能量转换和传递的基础，NPP在气候变化研究中可充当“指示剂”的作用，也是碳循环的一个重要指标参数，其变化受气温、降水、日照等多重气象因素的影响。IPCC第六次评估报告（AR6）指出，本世纪以来的前20年全球平均温度较工业革命前（1850~1900年平均）增加了1.09°C，相伴随的降水也在20世纪80年代后呈现较明显的增加态势。全球气候变化对植被物候、地域分布、功能和结构等影响已日渐显著。
大尺度的气候因子对区域乃至全球气候变化有显著影响，这些气候因子可以通过改变区域水热、光照、辐射等变量影响植物的光合与呼吸、物候期、生理结构和形态特征等，进而造成NPP、GPP、NDVI等植被参数相应的变化。以往的研究聚焦于ENSO、NAO等植被活动驱动因子，也有探究AO与中高纬度植被的可能关系，需要指出的是，AO能显著影响亚太低纬度区域的气候，但植被如何对其响应的相关报道还很少。印缅地区作为亚太低纬度重要的生态功能区，承担着水源涵养、食物供给、生态修复与平衡等特殊功能，深入探究印缅地区NPP与其背后的物理驱动机制利于为区域规划土地利用、植被资源开发评价、厘定生态系统碳收支及其理解气候变化背景下碳循环的响应提供科学参考。
印缅地区2015年土地利用及1981—2018年气候状况
为此，该研究基于AO指数、NPP和气象数据，利用回归分析、合成分析、高通滤波等方法探讨了1981~2018年印缅地区植被NPP与AO的联系，并定量揭示了AO影响NPP的物理驱动机制。
Part1NPP异常
研究发现，印缅地区冬季NPP与同期AO存在明显的同位相变化，对应冬季AO指数偏高（低）1倍标准差，区域平均NPP显著增加（减少）6.50 gC·m-2，最大增量（减少量）为20.60 gC·m-2，AO与NPP时间序列的相关系数达0.57(p<0.01)。
冬季NPP对AO指数的回归系数(0.10显著水平的值以×标出),单位: gC·m-2
1981~2018年印缅地区植被NPP、降水与AO的年际变化（NPP和降水为24°-28°N和90°-100°E区域的平均值，所有序列均已标准化）
Part2降水异常
降水是连接AO与区域植被造成NPP异常的主导气象因素，对应冬季AO指数偏高(低)一倍标准差，降水均显著增加，分辨率较高的ERA5和GPCC降水显著增加（减少）12.00 mm以上，AO正位相异常年减去其负位相年的降水合成，其值超过90.00 mm，区域平均降水与AO指数的相关系数达0.50以上（p<0.01）
冬季降水对AO指数的回归系数. (a) CRU，(b) GPCC，(c) ERA5，(d) CMAP，(e) GPCP，0.1显著水平的格点以×标出，单位：mm
冬季AO正位相有利于印缅地区降水偏多，如果冬季降水是其NPP异常的重要气象驱动因子，逻辑上二者应存在显著的同位相关系，鉴于此，该研究也进行了相应的计算分析，结果表明，伴随降水1 mm的正（负）偏差，印缅地区有近50%的区域植被NPP显著增加（减少），数值量级在10 gC·m-2以上。区域平均NPP和降水的相关系数均超过了0.50（p<0.01）。显然，统计上看降水偏多有利于印缅地区植被NPP的显著增加。
气温也是一个影响植被生长的重要气象因子。AO是否通过影响区域气温进而影响植被呢？为此，作者还计算了研究区CRU气温和ERA5的2 m气温的变化。结果发现，伴随冬季AO指数的变化，印缅地区冬季气温的异常并不如降水那样突出，通过显著检验的格点不足研究区面积的30%。而且CRU和ERA5区域平均气温与AO指数的相关系数，仅分别为-0.24和-0.19，这些中等强度的相关并不显著。且该研究指出二者的这种负相关很可能是与降水有关，因为温度和降水的年际波动通常并不是相互独立的。AO正位相时降水的增加伴随云量和水汽的增加，导致近地面的下行短波辐射减少，进而造成温度偏低。值得指出的是，气温降低可导致植物的呼吸速率减弱，自呼吸消耗的干物质也会减少，同时，也有利于减少土壤水分的蒸发和植物蒸腾，有助于缓解植被生长的水分胁迫，利于干物质量的增加。因此，印缅地区气温的降低可能是有利于植被NPP增加的。区域平均的NPP和气温的相关系数，CRU和ERA5分别为-0.38和-0.33（p<0.05）。考虑到温度和降水的年际波动通常并不是相互独立的如果排除降水的交叉影响，计算气温与NPP的偏相关系数，两套气温资料的最大偏相关系数仅-0.15，明显变弱了。因此，降水很可能是印缅地区植被生长和NPP变化的主导气候因素。
Part3大气环流和水汽异常
大气水汽含量和垂直运动是影响区域降水量的重要因素。当AO指数每变化1个标准差时，印缅地区冬季气柱整层水汽明显偏多（少）可达0.45 kg·m-2以上。那么水汽的异常在不同的高度上又有何不同呢？为此，该研究沿印缅地区水汽显著偏多的98°E经线做了剖面，逐纬度、逐高度格点计算了各层比湿对冬季AO指数的回归系数可以发现（300 hPa以上的异常值很小，可忽略不计），比湿偏多异常，其分布水平方向上与整层水汽量一致，垂直方向上，集中分布在600 hPa高度以下，特别是在低层，异常值可显著增加到0.30 g·kg-1以上。
98°E各气压层经向风、垂直速度（单位：m·s-1）和比湿对冬季AO指数的回归系数，仅显示0.1显著水平的值
该研究进一步揭示印缅地区水汽和垂直运动的异常与AO导致的区域大气环流的变化有关。值得一提的是，大气环流的变化依赖于真实背景大气环流的配置情况，印缅地区最重要的背景大气环流系统是南支槽（也称印缅槽），受青藏高原地形的影响，这个系统主要是在对流层的中低层。从冬季850 hPa水平风来看，槽线位置在90°E附近，注意到整个研究区位于南支槽的东侧，即槽前偏南气流控制区。而南支槽的强弱和位置的变化，会直接影响印缅地区以及相邻我国的西南甚至是中南地区的降水。
(a) 1981~2018年冬季平均的850 hPa水平风(虚线为南支槽); (b) AO正位相异常年与负位相异常年700 hPa水平风的差值(0.1显著水平的风矢以加粗表示).单位: m·s-1
当AO偏强正（负）位相时，一支沿副热带急流东传的Rossby波在孟加拉湾-印缅地区对流层中低层为气旋（反气旋）环流异常，造成南支槽偏强（弱），槽前西南气流水汽输送偏强（弱），同时伴随槽前上升运动偏强（弱），均利于印缅地区降水偏多（少）。
(a) 1981~2018年冬季平均的200 hPa纬向风；AO正位相异常年与负位相异常年200 hPa (b)和500 hPa水平风(c)的差值（0.1显著水平的风矢加粗表示，单位：m·s-1）
AO与印缅地区植被NPP关系的物理机制示意(红色箭矢表示孟加拉湾的水汽输送，灰色箭矢表示波列的运动方向,文本框中符号“+”表示正相关)
其他一些重要的气候因子如ENSO和IOD对低纬度区域气候具有显著影响，它们具有锁相特征，分别在北半球冬季和秋季最为成熟，因此作者最后还利用多元线性回归方法去除了冬季的ENSO和秋冬季的IOD相关的NPP分量，然后进行了计算，结果发现NPP的回归系数、异常年的合成分布以及时间序列的相关系数均与未滤除ENSO和IOD分量的结果高度一致，表明AO是一个独立的显著影响印缅地区NPP的气候因子。
冬季NPP的异常. (a)为NPP对AO指数的回归系数, 0.1显著水平的值以×标出; (b)为AO异常正位相年与负位相年NPP的差值, 仅显示0.05显著水平的格点. 单位: gC·m-2; (c)是AO和研究区平均NPP时间序列（AO和NPP的时间序列已标准化，所有资料计算前均去除了ENSO和IOD信号）
文献引用：兰云飞, 龚道溢, 孟梦. 冬季北极涛动对印缅地区植被NPP的显著影响[J]. 地理学报, 2023, 78(5): 1176-1191.
该研究以“冬季北极涛动对印缅地区植被NPP的显著影响”为题于近日发表在国内顶级期刊《地理学报》78卷05期，北京师范大学地理科学学部硕士研究生兰云飞为论文第一作者，龚道溢教授为通讯作者，该成果获得国家重点研发计划（2020YFA0608201)和国家自然科学基金项目(41775068）资助。
转自：“生态遥感前沿”微信公众号
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