2025年陈镜明院士团队代表性成果总结
成果1：解析全球陆地生态系统植被光合效率时空变异
针对光合作用效率（PE）60%的全球时空变异无法解释的科学难题，本研究创新性地整合遥感反演与生态进化最优理论，推导关键植被性状，结合可解释机器学习与全球120个站点的涡度相关观测数据，系统量化了性状对日尺度PE变异的贡献。遥感提供的叶绿素、叶面积指数等动态性状，与最优性理论推导的RuBisCO最大羧化速率、叶寿命、比叶质量等参数协同作用，在全球生物群落和时序尺度上均表现出关键调控作用。相比仅使用气候数据，集成遥感与最优性理论的性状信息使碳三植被解释方差从36%提升至80%，碳四植被从54%提升至84%，为准确预测生态系统生产力、改进地球系统模型提供了重要工具。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41477-025-01958-2
图1. 叶片性状、冠层结构以及气象因子对生态系统尺度光合效率的贡献
成果2：发布中国1986-2022年30米分辨率逐年森林年龄数据
森林年龄在碳循环模拟和森林管理中具有关键作用。尽管遥感为大规模估算森林年龄提供了重要数据支持，但现有的森林年龄产品通常空间分辨率较低（一般为1000米），难以满足中国大多数林分的需求，因这些林分实际空间尺度通常小于这一分辨率阈值。早期研究已生成2019年和2020年的静态森林年龄产品，空间分辨率为30米。然而，这些产品的低时间分辨率限制了其在多年森林碳变化追踪中的应用。
本研究结合森林扰动监测和机器学习算法，生成1986至2022年中国30米分辨率的逐年森林年龄数据集（图2）。由于从森林扰动监测中得出的森林年龄比从机器学习方法中得出的年龄具有更低的不确定性，因此基于森林扰动检测来更新森林年龄。改进的COLD算法（mCOLD）通过融合空间信息和双向监测，显著提升了森林扰动监测的精度。对未发生扰动的森林，针对不同区域和森林覆盖类型分别训练了机器学习模型，以估算森林年龄，模型输入包括森林高度、植被、气候、地形和土壤等数据。验证结果显示，扰动部分森林年龄的反演误差为±2.48年，而1986至2022年期间未发生扰动的森林年龄反演误差相对较大，为±7.91年。本研究所生成的森林年龄数据集能够为中国森林碳循环模拟提供有力支持，为国家森林管理措施的制定提供科学依据。
文章链接：https://essd.copernicus.org/articles/17/3219/2025/
图2. 中国关键年份30米分辨率森林年龄分布图
成果3：构建中国亚热带森林生长曲线
森林净初级生产力（NPP）与林龄的关系因树种而异，但中国亚热带地区尚未建立适用于森林碳建模的、分树种的NPP–林龄曲线。本研究利用中国科学院碳收支战略先导专项（SPPCB）、国家森林资源连续清查Ⅰ类（NFI-I）和Ⅱ类（NFI-II）的野外实测数据，首次系统刻画中国亚热带7个主要森林树种的NPP随林龄变化的规律，树种包括：马尾松（Pinus massoniana）、杉木（Cunninghamia lanceolata）、桉树（Eucalyptus robusta）、其他针叶林（OCF）、软阔叶林（SWB）、硬阔叶林（桉树除外，HWB）以及混交林（MF）。基于上述三套数据，采用半经验模型（SEM）构建了树种专属的NPP–林龄关系方程（图3）；将其嵌入基于过程的陆地生态系统碳循环集成模型（InTEC）后，亚热带森林的地上生物量（AGB）模拟精度较使用全国通用NPP–林龄曲线时显著提升，其中马尾松、其他针叶林、桉树和软阔叶林的均方根误差（RMSE）降幅达19.1%–53.3%。这套树种级NPP–林龄关系为中国亚热带森林碳汇建模与经营管理提供了稳健、空间可扩展的科学依据。
文章链接：https://bg.copernicus.org/articles/22/5705/2025/
图3. 中国亚热带树种NPP–林龄曲线拟合图
成果4：综合评估六种高分辨率森林扰动监测算法
准确且长期的、高分辨率的森林扰动监测对于森林碳建模与森林经营管理至关重要。尽管已基于Landsat时间序列发展了众多算法，但这些算法在全国不同区域、不同扰动类型下的表现尚未得到系统评估。本研究利用12,328个参考样本，对中国境内六种常用森林扰动监测算法进行了综合比较与验证。所选算法包括三种年尺度算法（VCT、LandTrendr、mLandTrendr）与三种日尺度算法（BFAST、CCDC、COLD）。结果表明，COLD精度最高，F1与F2得分分别为81.81%与81.25%（图4）。在年尺度算法中，mLandTrendr 表现最优，F1与F2得分分别为73.04%与72.71%，甚至优于日尺度BFAST算法。在全国六大区域内，COLD始终保持最高的F1与F2得分，体现出其稳健性与适应性。然而，精度存在显著区域差异，北部地区精度最高，西南地区最低。针对不同扰动类型，COLD在火灾、采伐及其他扰动方面精度最高，而CCDC在造林扰动方面表现最佳。该结果凸显依据区域与扰动类型进行针对性参数校准与优化的必要性，以提升森林扰动监测精度，并为后续算法改进与集成研究奠定坚实基础。
文章链接：https://doi.org/10.3390/rs17040680
图4. 六种算法森林扰动监测精度对比图
成果5：提出山地碳水通量模拟中地形订正的新框架
山地地形通过改变植被冠层中的辐射传输等过程，显著影响生态系统的碳吸收（gross primary productivity, GPP）与水分蒸发（evapotranspiration, ET）过程。然而，当前多数全球生态模型在面对复杂地形时，往往未能充分考虑地形的影响，从而导致山地碳水通量的模拟仍存在很大不确定性。本研究基于生态系统模型BEPS(Biosphere-atmosphere Exchange Process Simulator)，构建了一个地形订正框架用于GPP和ET的模拟。具体为：在BEPS模型中，从三方面引入地形订正：（1）遥感叶面积指数（leaf area index,LAI）坡面投影：由于坡面面积大于其对应的水平面，遥感LAI投影为坡面LAI后将相应减小；（2）冠层辐射投影：考虑太阳辐射入射角与坡面法线的关系，正确计算了坡面阳叶与阴叶的比例；（3）通量水平投影：将坡面上模拟得到的通量重新投影至水平面，以统一模型结果与现有全球GPP与ET产品的定义。
本研究以地形起伏明显、森林覆盖率高的福建省为研究区域，系统评估了地形对碳水通量模拟的影响。研究结果表明，在坡度大于40°的阳坡区域，GPP可被低估约11%，ET可被低估高达33%。本研究为提高全球山地森林碳水通量的模拟精度提供了关键理论支撑，也为遥感数据在复杂地形中的应用提出了改进思路。
文章链接：https://doi.org/10.1029/2025JG008878
图5. 三个地形订正方法示意图，分别为（a）LAI坡面投影；（b）冠层辐射投影；（c）通量水平投影。
成果6：揭示对流层污染物和平流层空气混合造成的化学效应
平流层和对流层的双向物质交换过程，对大气化学特性及云物理、辐射过程等具有重要作用。以往研究侧重于单向传输，如平流层空气下沉或者对流层空气向上输送，针对二者同时发生的研究还较少。无论何种情况，对流层顶区域是这些过程的必经之路，因而对流层顶化学结构（TCS）受到平流层-对流层交换（STE）的调控，其变化对气候演变有着重要影响；加上东亚地区排放强度大，STE活动频繁，不同来源的大气成分发生相互混合并改变TCS特征。
本研究利用飞机观测资料、气象再分析数据和轨迹模型，探究东亚地区TCS的变化特征，揭示对流层污染物和平流层下沉的空气混合对东亚地区TCS变化的重要作用,详细分析了两次接连发展的COL过程中大气成分垂直分布特征，发现在正常情况下，TCS由平流层空气和对流层空气以及二者较为均匀的混合气团组成。而在一些特殊情况下，通过对流向上输送的污染物可直接同平流层下沉的空气混合，形成了与原先对流层和平流层背景值截然不同的混合气团，造成大气氧化性剧烈增强。同时，本研究还在东亚内陆对流层顶识别到来自洋面的空气团。这些不同来源的空气团混合，使得TCS呈现出异常复杂的结构，其产生独特的化学环境，对云微物理和大气辐射有着重要影响。进一步分析多年飞机资料，发现此类特殊气团出现的频率较高，对对流层顶附近大气成分演变影响很大。该研究将为理解东亚地区人为活动和自然因素如何改变对流层顶提供新的认识。
文章连接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.12.053
图6. 平流层-对流层物质交换示意图
成果7：揭示华北地区夏季对流层臭氧异常垂直分布的成因
我国北方夏季对流层臭氧浓度高，传统认为光化学作用、生物质燃烧（BB）和平流层入侵（SI）是主要成因。为解析臭氧垂直结构的动态变化机制，本研究基于中国科学院大气物理研究山东人工引雷实验（SHATLE）基地开展了强对流和大气成分变化综合观测，揭示了东北冷涡天气过程中出现的一种“上低下高”（bottom-heavy）的异常臭氧垂直结构。研究发现冷涡过境期间，引雷基地上空中低对流层受到平流层空气团入侵的作用，臭氧浓度显著高于其平均气候态分布（甚至超过90百分位）。而上对流层-下平流层（UTLS）区域的臭氧浓度则明显低于其气候值，降幅达33%–48%，通过后向轨迹模拟及气象资料分析，发现这些低浓度臭氧来自青藏高原地区的边界层，在对流输送的作用下向东平流至华北UTLS区域。本研究进一步基于多年卫星观测资料，量化了平流层入侵因素对我国北方夏季对流层臭氧的影响，发现平流层入侵可使得中层臭氧浓度在短时段内增加35%，指出这类天然臭氧输入对对流层臭氧演变具有不可忽视的作用。
文章链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL117160
图7. 2024年7月15-17日引雷基地连续四次臭氧探空的观测结果，包括臭氧（红色线）、相对湿度RH（绿色线）和静力稳定度（蓝色点）
成果8：系统研究地形对通量足迹的影响
通量足迹决定湍流通量所对应区域的位置和大小，在涡动相关法研究中起着重要作用。前人已开各种模型来预测通量足迹。这些模型大都假设湍流场是水平均匀的。随着越来越多通量塔被建立在复杂地形上，现有模型已经不能满足实际需求。本研究使用大涡模拟结合拉格朗日粒子模型来计算山地冠层上的通量足迹模型。图8显示当粒子在近地面附近释放，探测器位于1.4倍冠层高度时的通量足迹。当探测器位于平地上时（图a和b），其通量足迹和前人结果非常类似。当探测器位于迎风坡或山顶时（图c到f），通量足迹值更小，通量源区面积更大。这是由于从坡面释放的大部分粒子被平流输送到背风坡的分离点，然后输送出冠层，这些粒子不能在迎风坡上被探测到。当探测器位于分离点上方时（图g和h）。通量足迹在上风向和下风向均有较大的数值，这和文献结果截然不同。这是由于迎风坡和背风坡上都存在明显的上坡风，在坡上释放的粒子被有效地输送到分离点并最终被探测到。当探测器位于背风坡的其他地方时（图i和j），通量足迹主要位于探测器的下风向，上风向的贡献忽略不计。我们的结果表明山地冠层上的通量足迹和平地上存在非常大的区别，在相关应用中应考虑这些区别。
文章链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025JD043591
图8 粒子在地面上方z/h = 0.025处释放，且探测器位于地面上方z/h = 1.4处时的通量足迹和通量源区。（a，b）探测器位于x/L = -4时的通量足迹和通量源区。探测器的x位置用虚线表示，y位置始终位于y′/L = 0。实线表示山顶。（c，d）、（e，f）、（g，h）和（i，j）与（a，b）相同，但分别针对x/L = -0.8 、0（与山顶重叠）、0.4和1.2的探测器。
成果9：开展东南沿海城市大气VOCs排放特征及来源分析
2025年，围绕东南沿海典型城市大气复合污染问题，本团队联合福州市环境科学研究院开展了挥发性有机物（VOCs）与臭氧形成机制研究。基于福州城区全年连续高时间分辨率观测数据，系统刻画了VOCs的季节变化特征、化学组成及其来源结构，定量评估了不同来源对臭氧生成潜势的贡献。研究发现，在清洁能源占比较高的背景下，液化石油气/天然气（LPG/NG）已成为该区域VOCs的最主要来源，在除夏季外的多数季节主导臭氧生成；而夏季高反应性溶剂源和生物源VOCs在臭氧突发升高中发挥关键作用。通过典型过程分析，明确了VOCs和NO₂协同增强对次日臭氧升高的放大效应，为解释“低VOCs背景下仍频发臭氧污染”的区域特征提供了新证据。相关成果为东南沿海地区分季节、分来源的臭氧精细化管控提供了科学依据。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apr.2025.102632
图9 福州市VOCs各季节来源解析及对光化反应示意图
成果10：揭示热带季节内振荡（MJO）水汽变化的关键驱动机制
热带季节内振荡（Madden-Julian Oscillation， MJO）是赤道地区30-90天尺度的季节内大气振荡现象，对全球气候与天气系统起着至关重要的作用。水汽作为MJO发展的关键因子，深入理解水汽变化在MJO不同发展阶段的关键作用，对改进数值模式对MJO的模拟能力以及全球天气预测具有重要意义。然而，目前全球气候模式基本无法准确捕捉MJO的发展过程，其中水汽变化在MJO对流发展及东移的过程中的关键驱动机制尚不明确，这一认知缺口严重制约当前气候模式对MJO的模拟能力。
本研究基于改进的NCAR CAM5.3大气模式，创新性地引入中尺度层云加热效应，成功模拟更真实MJO过程，探究了水汽变化的关键影响机制。研究结果指出，在MJO发展初始阶段，垂直平流增加湿静力能促进深对流的发展，而辐射作用和海表热通量减弱了湿静力能。在MJO发展成熟期，上述过程的作用相反。值得注意的是，这些效应在MJO发展过程中相互抵消，水平平流才是在MJO发展初期（成熟期）增加（减少）低层湿静力能的关键。
另外，本研究再次证明浅对流对MJO发展的重要作用。在MJO深对流爆发前，浅对流云中潜热释放引起的垂直上升运动和蒸发过程对低层增湿具有显著贡献。研究还特别指出，辐射加热在MJO整个发展阶段的关键作用，其增温效应维持成熟期大气柱的湿度异常。上述机制在传统CAM5.3中均未能被重现，这是其MJO模拟偏差大的主要原因。研究成果为大气模式MJO模拟能力的提升提供重要理论支撑，为理解MJO发展过程中水汽变化的关键机制提供了新视角。
文章链接：https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/aop/JCLI-D-24-0057.1/JCLI-D-24-0057.1.xml
图10. 垂直积分异常湿静能项（MSE，填色，单位：W/m²）的经度-位相图（10°S-10°N平均），分别对应（a）ERA-Interim再分析数据；（b）CTRL试验；（c）BOTC试验。降水异常（等值线，单位：mm/天）叠加显示。通过95%置信度检验的异常区域用点状填充标示。第一行为净湿静力能变化项，第二行为水平平流项，第三行为垂直平流项，第四行为通量项。
成果11：重建中国东南部春秋战国时期高精度温度序列
中国的春秋战国时期（公元前770–221年）标志着从封建割据向中央集权帝国统治的过渡。中国东南部地区作为早期文明和社会经济发展的关键区域，此前获得的树轮古气候记录定年精度普遍短于400年，制约了该关键时期气候影响的研究。本研究分析了中国东南部江苏北部四个春秋战国时期考古遗址出土的棺木。基于木材解剖学特征，将其树种鉴定为樟科楠属木材。建立了四条跨度200–400年的浮动年表，并通过放射性碳定年将其时间范围限定于春秋战国时期。研究建立的浮动年表反映了大尺度的温度变化，其与北半球温度重建序列呈现显著正相关。鉴于浮动年表与北半球温度序列的高度匹配，将该年表定年为公元前492–63年。在整体温暖的公元前492–63年期间，于公元前400–350年左右出现了一次异常降温事件，该时段恰与太阳活动减弱期吻合。此次冷事件可能间接触发了中国春秋战国时期频繁的大规模战争与社会变革，并与同时期欧洲的社会动荡相呼应，产生了广泛影响。本研究提供了来自中国典型季风区的关键考古树轮数据，揭示了突发性气候事件对季风区早期社会的重大影响。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2025.109617
图11. 春秋战国时期的降温异常与社会动荡
成果12：揭示受太阳与海洋变率调制的年代际地震周期性
认识大规模地震活动的年代际周期性对于改进长期地震预报至关重要，但仪器记录的时间局限一直制约着相关研究。本研究对一份可追溯至公元前1831年的中国千年历史地震目录进行了高分辨率谱分析。结果显示，最显著的地震活跃期出现在公元1620–1630年代，该时期恰逢中国明朝崩溃前的一次重大政权更迭。通过对历史数据集进行高分辨率谱分析，识别出地震频率存在显著的~10年和~50年周期。其中，~10年周期与太阳活动（太阳黑子）呈现明显的滞后相关，而~50年周期则与太阳辐照度、海平面波动及热带海表温度的多年代际变化同步。本研究提出，增强的太阳辐照度通过调节热带太平洋气候模态（特别是与跨海盆海平面梯度变化及地壳应力状态相关的厄尔尼诺-南方涛动）的平均状态和变率，进而影响地震活动。这些发现揭示了外部太阳强迫与内部气候变率在年代际尺度上塑造地震周期性的潜在耦合机制，为评估长期地震风险提供了新的理论框架。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41598-025-26103-z
图12. ~10年周期地震活动与太阳活动的关系 (a) 经9-11年滤波处理的地震频率序列与太阳黑子数的超前-滞后相关分析 (b) 太阳黑子活动领先地震活动4年的时间序列对比，该滞后期对应最强正相关（r = 0.32, p < 0.05） (c) 未滤波地震频率序列与重建太阳辐射强度的时序对比
成果13：基于树轮几何中心重建中国东南部季风区近地表风速的长期变化
近几十年来，陆地近地表风速经历了显著变化，但其驱动因素仍存在争议，尤其在季风影响下的中国地区。这主要受限于仪器风速记录的时段较短，因此迫切需要基于代用指标的长序列重建研究。在持续强单向风应力作用下，针叶树通常通过几何中心偏移形成不对称生长模式。本研究发现，在中国东南部鄱阳湖区域（该地区受狭窄漏斗状地形影响，夏季风来临前盛行强北风），马尾松树轮几何中心的变化能够有效指示上年8月至当年5月的风速变化。树轮几何中心记录可解释66.7 %的仪器观测风速方差，据此重建了1949年以来的风速序列。重建结果显示，20世纪70年代风速显著减弱，而2010年后出现逆转趋势。在年代际尺度上，重建风速与大西洋多年代际振荡呈现显著相关性，且AMO的相位转换可能是驱动鄱阳湖区域风速变化的重要因子。本研究证实树轮几何中心法可有效重建地形条件稳定的鄱阳湖区域风速变化，为认识季风区长期风速演变规律提供了新视角。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.dendro.2025.126443
图13. (a) 树轮几何中心与重建最大风速的散点图(b) 1973至2019年期间上年8月至当年5月最大风速观测值（黑线）与重建值（红线）的对比 (c) 1949至2019年重建的年平均最大风速序列。
成果14：基于树轮蓝光强度重建中国安徽地区冬春季温度长期变化
冬春低温对中国东南部的社会经济活动和农作物生产具有重要影响。基于树轮的温度重建为该地区当前温度变化提供了长期背景，但安徽省的相关研究仍较为缺乏。本研究利用皖南大历山台湾松的树轮样本，建立了树轮宽度、早材蓝光强度、晚材蓝光强度及差值蓝光强度序列。分析发现，早材蓝光强度与1955–2021年间当年1–5月平均温度的相关性最强，据此重建了1846–2021年冬春季平均温度序列，可解释器测温度49%的方差。重建序列显示出一个暖期和两个冷期，并与周边地区温度变化趋势一致，尤其在20世纪40年代后的增暖阶段表现同步。亚热带冬春温度与热带西太平洋和印度洋海表温度呈显著正相关，表明温度变化受到准两年振荡、太平洋年代际振荡及太阳活动的影响。重建序列中识别出8次火山喷发事件的影响。对流层低层风场分析表明，极端冷暖年份不仅与东北风、热带海温有关，也与青藏高原冷高压活动相关。本研究证实了蓝光强度在亚热带树轮研究中的应用潜力。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2025.109485
图14. (a) 1955–2021年早材蓝光强度年表与重建的1–5月温度序列的散点图
(b) 1955–2021年观测与重建的1–5月温度序列对比图
成果15：揭示中国湿润亚热带地区晚材年内密度波动与热带气旋降水的关系
热带气旋是本世纪最具破坏性的自然灾害之一，对我国湿润亚热带地区的气候变化产生了重要影响。树木年轮中反映短期气候事件的年内密度波动，能够捕捉与热带气旋变化相关的极端气候信号。本研究在我国湿润亚热带地区建立了马尾松晚材年内密度波动频率年表。分析表明，该频率与南海及西太平洋周边区域7-9月海表温度、8月降水量以及1956-2015年标准化降水蒸散指数均呈正相关。
通过将Vaganov-Shashkin模型模拟的树木日生长速率与实测年内密度波动位置数据（54-71%）结合，计算出年内密度波动主要发生在6-9月。基于7-9月热带气旋降水/总降水量的线性回归分析，可解释年内密度波动稳定频率约30%的变化方差。因此，年内密度波动可作为研究我国湿润亚热带地区热带气旋降水影响的有效气候代用指标。未来研究可进一步扩大样本区域和树种范围，利用年内密度波动重建更长时间尺度的热带气旋历史，为气候变化的预测和应对提供科学依据。
文章链接：https://doi.org/10.3354/cr01754
图15. (a) 出现晚材年内密度波动年份的树木日平均生长速率曲线图 (b) 各年度晚材年内密度波动形成与消退的具体时间分布图
成果16：基于棺木树轮年表揭示奥尔特极小期树木生长减缓及明代森林资源耗竭
树轮年表为古气候及社会历史研究提供了高分辨率气候记录。在中国，长序列树轮年表主要集中于青藏高原及其周边区域，而东南部地区鲜有超过200年的年表序列。为建立更长时间尺度的年表，本研究从长江下游流域江苏省常州市的五个考古遗址中，收集了315件宋（公元960–1279年）至明（公元1368–1644年）时期的埋藏棺木样本。通过树轮交叉定年方法，构建了一条跨越晚唐至宋代、长达344年的浮动树轮宽度年表。放射性碳定年进一步将其时间范围限定在约公元780至1150年。该年表与太阳辐照度呈显著正相关，在奥尔特太阳活动极小期（约公元1021–1060年）及南亚夏季风减弱阶段均表现出明显的生长减缓。研究进一步识别了棺木形制与木材选用的时代变化：与宋代相比，明代棺木所用树种数量增多，且速生幼树比例显著上升，反映出长江下游地区原始森林资源的持续耗竭。部分大型棺木依赖长途贸易获取木材，增加了木材来源的多样性，也为交叉定年带来挑战。这些发现表明，棺木样本组合不仅保存了气候信号，也记录了环境变迁与资源利用模式演变的证据。
文章连接：https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2025.113136
图16. (a) XSQ遗址杉木年轮宽度序列的交叉定年示意图 (b) XSQ遗址杉木年轮宽度年表。
(c, d) 树轮年表与(c) Crowley (2000)及(d) Brehm等(2021)重建的太阳辐照度序列对比 (e)过去千年重建的南亚夏季风指数序列(Shi et al., 2014)
成果17：揭示夏末降水变率对中国湿润亚热带树木生长动态与年内密度波动的影响
全球变暖加剧了极端降雨事件与长期干旱，显著影响了树木生长与木材形成。本研究探究了夏末降水变率对中国湿润亚热带地区杉木和柳杉年内生长动态的影响。于2021至2023年期间，在鼓山对12棵树以7–10天间隔采集微树芯样本（3–12月）。研究显示，7月高温与降雨亏缺通常诱导形成层休眠，而8–9月的后续降雨则重新激活生长，形成双峰生长模式。然而在2022年，异常干旱（8–10月降水量低于均值77%）缩短了生长季，导致生长提前停止并出现罕见的单峰生长模式。相反，2023年持续性降雨将细胞扩张速率提升至每日7微米，并显著增加了晚材年内密度波动。尽管2021年夏末降水充沛，却未形成晚材年内密度波动，表明降水与该类波动间存在非线性与非一致性关系。这些发现揭示了夏末降水变率对中国东南部树木生长模式和木材密度形成的关键调控作用。鉴于气候变化下降水变率预计将持续增加，区域森林生态系统可能面临更高脆弱性。本研究为制定提升森林韧性、缓解气候相关风险的管理策略提供了重要科学依据。
文章链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2025.1568882
图17. 2021（A）、2022（B）及2023（C）年生长季采样点气象条件与杉木（蓝色）、柳杉（红色）细胞扩张动态。阴影区域代表异常水分期，其中蓝色阴影表示偏湿期，红色阴影表示偏干期。
成果18：树轮重建横断山区春季至夏季干旱历史及其与气候系统、地貌灾害的关系
横断山地区对印度夏季风和太平洋海气过程变化高度敏感，其水文气候深刻影响着区域及下游的农业与生态系统。本研究采集该区域南部的树木年轮样本，利用早材宽度、晚材宽度及蓝光强度建立了稳健的年表序列。基于早材蓝光强度重建了1745–2017年区域春季至夏季（2–7月）的自校准帕尔默干旱指数序列。重建结果与历史文献记录的综合分析表明：18世纪90年代至19世纪10年代及20世纪80年代至21世纪初为湿润期，而20世纪10–20年代与21世纪初至20年代则为干旱期。厄尔尼诺-南方涛动通过遥相关机制显著调控区域水文气候变化，同时春季至夏季降水异常与泥石流事件的发生具有密切关联。研究指出，未来预计加剧的区域极端降水事件可能提升横断山区地貌活动与块体运动风险，从而为气候变化背景下的灾害防控与管理提供了重要科学依据。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2024.108690
图18 实测与重建自校准帕尔默干旱指数的对比。上图：公共观测期（1956–2017年）。下图：可靠重建期（1745–2017年）。黑色曲线为重建序列；灰色曲线为仪器观测序列；红色曲线为11年滑动平均序列；黑色虚线为重建序列的多年平均值；黑色点线为多年平均值±1.5倍标准差；灰色阴影区域为公共观测期（1956–2017年）范围。
成果19：阐明凋落物分解速率的全球格局和调控机制
凋落物分解是地球表层系统最重要的生物地球化学过程之一，将光合产物碳不断释放进入土壤，也是维持土壤养分平衡的重要渠道。然而，自20世纪80年代以来开展的大量跨气候区实验均认为，气候是调控凋落物分解速率的主导因子，缺乏全球尺度上凋落物底物对分解速率的影响评估。
本研究构建了涵盖1432个站点、6733条独立观测数据的陆地生态系统凋落物分解数据集（GLD），发现凋落物分解速率呈现出明显的气候带和生态系统分异（0.74–4.01 yr-1）。通过多种机器学习方法，发现凋落物底物和气候分别直接解释了分解速率变异的36%和30%，其中凋落物初始C/N比是最关键的控制因子，其预测能力不可被气候变量所替代。在未来气候情景下（2070–2100年），全球凋落物分解速率将增加约10%–22%，且在高纬度地区响应更加明显。本研究突破了凋落物分解受气候主导的传统认识，强调了凋落物底物的核心调控作用，为地球系统模型中凋落物分解过程中碳释放参数优化提供了重要的科学依据。
文章链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2420664122
图19. 陆地生态系统凋落物分解速率
成果20：量化铁铝土铁结合态有机碳含量和稳定机制
铁氧化物是认为是“生锈碳汇”，通过吸附、共沉淀等机制维持土壤有机碳的长期稳定性，可占总有机碳的3-72%。然而，大量证据来自于2:1膨胀型黏土矿物，而中低纬度地区高度风化的1:1型黏土矿物粘粉粒含量较高、pH较低，铁结合态有机碳含量和调控机制均不清楚。
本研究在中国热带和亚热带常绿阔叶林沿南北（2000 km）和东西（1000 km）方向建立了铁铝土森林样带（FFT，138个样点），发现表层土（0–10 cm）和深层土（40–50 cm）铁结合态有机碳分别占土壤有机碳的7.39%和9.98%，矿物对铁结合态有机碳的解释度分别为39.6%和38.8%，且超过70%的样点土壤铁结合态有机碳与游离态铁的摩尔比小于1。这表明，高度风化的铁铝土铁氧化物对有机碳的保护机制以单层吸附为主，且存在明显的饱和阈值，不仅受矿物约束，还受外源有机碳输入的限制。本研究为阐明铁铝土有机碳稳定机制提供了重要的科学依据。
文章链接:https://doi.org/10.1360/TB-2024-1128
图20. 铁铝土铁结合态有机碳的主要调控因子