半干旱区覆盖了全球陆地表面的约15%，居住着超过14.4%的世界人口。这些区域对气候变化和人类活动高度敏感，并且近一个世纪以来经历了显著的变暖。降水在这些地区的水文过程、植被生长以及陆气相互作用中扮演着关键角色。然而，以往的研究主要关注降水的即时效应，但降水对半干旱区碳通量的长期效应（包括时间积累和滞后效应）尚未得到充分研究。
近日，我系博士生宫海星（第一作者）在王国印（通讯作者）和成天涛教授（通讯作者）的联合指导下，依托兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）的观测数据，并结合多源数据整合策略（涵盖遥感数据与碳通量模拟数据），量化了半干旱区碳通量对降水的滞后响应，并从多个维度剖析了其潜在的作用机制。研究结果显示，植被的生长是一个复杂的过程，具有生物物理记忆，降水并不能立即对植被的生理功能产生影响，而是存在一个水分吸收和转化的滞后过程。因此，水资源有限的半干旱区生态系统的碳吸收主要依赖于先前的降水而不是当前的条件。通过精细的日尺度量化分析阐明碳通量对降水存在约42天的滞后响应。在考虑这种时间滞后效应后，降水对碳通量的综合影响显著增强。研究进一步发现，先前的累积降水对当前碳通量具有显著的直接影响，而浅层的土壤含水量则主要通过反馈前期累积降水的记忆效应而间接影响当日碳通量。最后，通过整合遥感和碳通量模拟数据，该研究将分析框架拓展到区域尺度，进一步验证了上述滞后现象的存在与重要性。
这项研究不仅揭示了降水对半干旱地区碳通量的时间累积和滞后效应，还为理解植被对降水事件的响应机制及其与降水的相互作用提供了新的见解和证据。相关文章已于2024年8月发表于《Agricultural and Forest Meteorology》。该研究得到了国家自然科学基金（41975075、42175179）和上海市自然科学基金（22ZR1404000）的共同资助。
论文信息：Gong, H., Wang, G., Fan, C., Zhuo, X., Sha, L., Kuang, Z., Bi, J., & Cheng, T. (2024). Temporal accumulation and lag effects of precipitation on carbon fluxes in terrestrial ecosystems across semi-arid regions in China. Agricultural and Forest Meteorology, 356, 110189. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2024.110189
图1.SACOL站前期累积降水（APRE）对（a-b）净生态系统碳交换（NEE）和（c-d）总初级生产力（GPP）的时间累积滞后效应。
图2. SACOL站42天APRE对当前日尺度（a-c）NEE 和（d-f）GPP 的直接影响（左列）、间接影响（中列）和综合影响（右列）。
图3. APRE对半干旱区碳通量的累积滞后时间控制。面板（a）和（b）分别显示了APRE对 NEE 和 GPP 影响的累积滞后时间控制的空间分布；面板（c）显示了这些地区不同滞后控制的面积比（%）。
