山地坡向差异会形成小气候，使得与区域宏观气候相比，朝向赤道的坡面（EFSs）更干燥、温暖，而朝向极地的坡面（PFSs）更湿润、寒冷。因此，生长在不同坡向上的植被可能呈现出不同生长状态和过程，即坡向效应。通过对2003年至2021年的归一化植被指数（NDVI）的分析，我们在全球尺度上研究了坡向效应，发现EFSs和PFSs植被绿度差异与区域气候条件密切相关：在寒冷地区，EFSs植被绿度强于PFSs，而在干燥地区则相反，这主要取决于温度和水分限制的相对重要性；不管在何种气候区，PFSs植被变绿趋势强于EFSs，导致EFSs和PFSs植被绿度差异在湿冷区域逐渐减弱，在干热区域则逐渐增强，表明温度限制减轻而水分限制加剧。山地生态系统坡向差异构成了一个“自然实验室”，提供了一种以空间替代时间的方式探究气候对植被生长控制的演变。

研究背景

陆地植被吸收了大约三分之一的人为碳排放，是减缓气候变暖的主要机制。卫星观测和模型模拟研究均表明，过去四十年里植被表现出明显的“变绿”趋势。尽管持续的全球变暖缓解了高纬度、高海拔地区温度限制，水资源限制也变得越来越普遍。因此，这种“变绿”趋势在未来是否会持续，仍不确定。山区地形形成的复杂小气候，使得对山区植被动态的认识尤其不确定。

除了海拔梯度，坡向在山地植被生长中起着重要作用。坡向通过调节入射太阳辐射，改变大气和地表之间的能量和水通量交换，创造了独特的局部小气候。例如，与区域宏观气候相比，朝向赤道的坡面（EFSs）比朝向极地的坡面（PFSs）接受更多的太阳辐射，导致EFSs更干燥、温暖，而PFSs更湿润、寒冷。这些坡向诱导的小气候显著影响植被活动，调节植被对区域气候变化的响应。目前已有研究表明，PFSs植被比EFSs植被生长得更好，然而，这些研究大多依赖于实地观测，空间覆盖有限，时间跨度较短。因此，在全球尺度上，坡向引起的植被绿度差异的空间分布和年际变化尚不清楚，阻碍了我们对未来全球山地植被对气候变化响应的认识。基于此，本研究利用NDVI数据，引入绿度差异指数（GDI，GDI = (NDVI_EFSs  – NDVI_PFSs) / (NDVI_EFSs + NDVI_PFSs)），探究了EFSs和PFSs之间植被绿度差异的时空格局及其气候控制。

主要结果

GDI具有明显的纬度分布格局：大部分高纬度地区（>52°N和> 40°S）的EFSs比PFSs更绿绿（GDI >0），而中纬度地区（16-52°N和23.5-40°S）的PFSs比EFSs更绿（GDI <0）（图1）。GDI确定了植被生长的区域气候控制：干旱区（P/PET≤0.5），GDI均为负（PFSs比EFSs更绿），植被生长主要受水分控制；湿润地区（P/PET >0.5），GDI随区域温度的增加，由正值（FFSs比PFSs更绿）转变为负值，植被生长在低温下主要受温度控制，而在高温下主要受水分控制（图2）。

全球范围内，山地“变绿”趋势普遍存在，然而，PFSs“变绿”趋势大于EFSs，使得GDI在温度限制和水分限制趋势均呈下降趋势（图3），表明PFSs比EFSs从持续变暖中获益更多。

该研究成果近期以“Aspect Matters: Unraveling Microclimate Impacts on Mountain Greenness and Greening”为题，发表于《Geophysical Research Letters》。