在气候变化背景下，北半球的中高纬度地区（>23.7°N）经历了大气CO2浓度的快速增加，显著高于全球平均水平。然而大气CO2浓度这种非均匀空间分布如何影响北半球碳循环仍存在很大不确定性。最近，中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室丹利研究员团队的彭静针对大气CO2浓度空间分布如何影响陆地生态系统碳汇进行了系统研究。
利用地球系统模式，模拟了历史和SSP5-8.5未来排放情景下北半球中高纬度地区的碳通量的变化。研究结果表明，在高纬度地区，非均匀的CO2导致净生态系统生产力（NEP）减少。这主要是由于异养呼吸的增加明显高于净初级生产力（NPP）。此外，在中纬度地区，碳吸收的减少一般是由于净初级生产力的减少比异养呼吸的减少更多引起，减少速度差达到2倍以上。
研究进一步发现，降水的减少与当地的碳吸收密切相关，这可以解释区域的NPP减少。特别是东亚地区，非均匀二氧化碳引起的大气环流变化可导致大尺度降水减少。相应地，这种减少是总降水量减少最重要的因素（贡献可达98%），强化了水分匮缺对植物生长的抑制作用，引起了NEP的下降。本文第一作者，彭静建议以后的研究需要在地球系统模式中考虑CO2浓度空间分布对中高纬度陆地生态系统碳循环的影响。
研究成果近期发表于Journal of Geophysical Research: Atmospheres上。该研究得到国家自然科学基金项目(42175142, 41975112, 42175013, 41965010 and 42141017)和国家重点研发计划 (2016YFA0602501)的资助。
Peng, J., Dan, L., Ying, K., Xu, D., & Tang, X. (2022). Spatially varying in CO2 concentrations regulates carbon uptake in the Northern Hemisphere. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 127, e2022JD037732. https://doi.org/10.1029/2022JD037732
Peng, J., Wang, Y., Dan, L., Feng, J., Yang, F., Tang, X., et al. (2022). Overestimated terrestrial carbon uptake in the future owing to the lack of spatial variations CO2 in an Earth system model. Earth's Future, 10, e2021EF002440. https://doi.org/10.1029/2021EF002440
Peng J., Dan L., Tang X. and Yang F. (2022). Impact of radiative forcing of spatially varying CO2 concentrations on net primary production. Frontiers in Earth Science, 10:953605.doi: 10.3389/feart.2022.953605
图1 北半球中高纬度地区(>23.7°N) 1976-2005年历史条件下和2031-2060年未来条件下非均匀CO2浓度变化(a, c)及其对NEP的影响(b, d)
