1、全球叶绿素荧光及植被总初级生产力时空格局

       植物通过光合作用固定大气中CO₂产生有机物，是调控陆-气之间CO₂交换的主要过程。植物只在光合作用发生时才会激发出荧光，叶绿素荧光直接反映了植物吸收碳的能力。应用TanSat数据反演得到全球叶绿素荧光分布情况（图3-4a），可以看出，2017年亚马逊雨林、非洲中部、东南亚以及北美洲农业区等区域的植被生产力旺盛。图3-4b和图3-4c能够清晰显示2017年7月份北美洲农业区、欧洲平原、东亚农业种植区与东南亚以及12月份亚马逊雨林等区域的植被旺盛生产力，非常准确地捕捉到了南北半球夏季与冬季植被生产力与碳汇能力的动态变化。

（a）2017年平均

（b）2017年7月

（c）2017年12月

图3-4 2017年TanSat全球叶绿素荧光产品

       TanSat卫星叶绿素荧光产品来看（相关精度验证见附录B图b-1和图b-2），在2017年7月，北美洲农业区、美国南部森林、西欧、东亚、东南亚、亚马逊雨林和非洲萨哈勒地区显示出明显的高值地区；而在2017年12月，南美洲亚马逊雨林、非洲中部热带雨林和东南亚热带雨林地区都显示出高值区，北半球则为低值区。

       植被总初级生产力（GPP）是指植物在单位时间内通过光合作用所固定的有机碳总量，是全球最大的碳通量（每年约1200亿吨）。GPP的全球时空分布格局是陆地碳收支平衡中的关键，能够影响陆地植被碳汇的分布情况。

       基于卫星观测的日光诱导叶绿素荧光信息和全球通量观测网的观测数据，估算2017年全球GPP的空间分布（图3-5，计算过程见附录B）结果表明，2017年全球GPP均值为651.0 g C/m2/yr，高值区出现在赤道周围的南美洲中北部亚马逊热带雨林、非洲中部热带雨林、东南亚热带雨林及欧洲平原地区，而北美洲北部高纬地区、非洲北部沙漠、亚洲西北部及大洋洲西南区域GPP值较低。

图3-5 2017年全球GPP空间分布

       从图3-6中看出，全球GPP不同季节空间分布差异较大。北半球夏季（6月—8月）GPP为全年最高，春（3月—5月）、秋（9月—11月）次之，冬季（12月—2月）最低。北半球夏季GPP高主要是由于夏季光照充足，水热条件优渥，植物光合作用强。而南半球GPP季节变化较小，春季略高于其他三个季节。

       2017年春季（3月—5月）和秋季（9月-11月）的GPP空间分布较为相似，GPP均值较为相近。春季GPP均值为144.7 g C/m2（1 g C/m2=1克碳/平方米），而秋季GPP均值为145.0 g C/m2。春季及秋季GPP较大值均出现在南美洲亚马逊热带雨林、非洲热带雨林、东南亚及欧洲平原地区。

       2017年夏季（6月—8月）GPP值整体较高，其均值约为253.9 g C/m2，对全年GPP总值的贡献最大，但空间分布差异也很大。其中夏季北美农业区、欧洲平原区域GPP值高于900 g C/m2，而北美洲北部高纬地区、非洲北部沙漠、亚洲西北部及大洋洲西南部分区域GPP值小于50 g C/m2。

       2017年冬季（12月—2月）GPP相对于其余三个季节较小，其GPP均值为107.4 g C/m2，对全年GPP值贡献最小。冬季南北半球GPP空间分布差异较大，南半球GPP值显著高于北半球。GPP高值区多集中在赤道及赤道以南地区，其中南美洲亚马逊热带雨林、非洲热带雨林及亚洲南部部分区域GPP值较高，而北半球大部分区域GPP值均低于全球均值。

图3-6 2017年全球GPP季节分布

       如图3-7和图3-8所示，全球植被总初级生产力的年内变化存在着明显的季节变异，极大和极小值分别出现在7月和2月。2010—2017年全球GPP的月均值为9.1 Pg C（1 Pg C=十亿吨碳），其中2013年7月为最高值，高达13.8 Pg C，而最低值出现在2014年2月，低至6.0 Pg C。

图3-7 2010—2017年全球植被GPP月尺度均值变化

图3-8 2010—2017年全球植被GPP月尺度时序变化

2、全球陆地植被碳汇

       从20世纪80年代至今，全球化石燃料燃烧和土地利用变化产生大量的CO2，其中约有四分之一的CO2通过植被光合作用被陆地生态系统所吸收，陆地生态系统植被的碳汇功能对减缓全球气候变暖意义重大。全球陆地碳汇主要来源于森林、草地和农田等生态系统对大气CO2的吸收和储存。基于多个动态全球植被模型模拟结果表明，在2007—2016年期间，全球陆地年均碳汇达到3.0±0.8 Pg C/yr，吸收了28%的全球化石燃料燃烧和土地利用变化所排放的CO2，呈现出较大的年际变化。（1）森林是陆地生态系统中最大的碳库，其中热带森林主要分布在南美洲、非洲以及东南亚地区，其森林碳汇占全球森林碳汇的50%左右；温带森林主要分布在北美洲的南部、欧洲南部、中国、日本、韩国以及澳大利亚，其森林碳汇量约占全球森林碳汇的29%；寒温带森林主要分布在加拿大，北欧以及俄罗斯等地，其森林碳汇约占全球森林碳汇的21%。全球森林在降低大气温室气体浓度、减缓全球气候变暖方面发挥着重要的作用。（2）与森林不同，草地中大部分的碳储存在土壤中，草地土壤碳库占全球土壤碳库的10%以上，对全球陆地生态系统碳循环具有重要贡献。（3）农田生态系统所固定的碳，会在较短时间内返回到大气中，因此在年代际尺度上（>10年），农田生态系统对全球碳循环的影响较小。对于每个生长季，农田生态系统碳汇的大小会受到各种农田管理措施的影响。