工業(yè)革命以來，人類活動向大氣中排放大量的溫室氣體已經(jīng)顯著地改變了地球的氣候與生態(tài)系統(tǒng)。探究地球環(huán)境變化(特別是CO2濃度變化)如何影響生態(tài)系統(tǒng)并塑造生物多樣性的分布格局，已成為全球變化研究的核心議題之一。預(yù)測未來氣候的一個不確定性是我們無法了解大氣中不斷增加的CO2濃度會導(dǎo)致多大程度的環(huán)境變化與生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)，漫長的地質(zhì)歷史時期記錄了時間尺度更長的氣候變化過程，生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的幅度和速度也表現(xiàn)出一定的適應(yīng)閾值和恢復(fù)力，為我們研究未來氣候變化提供了重要參考。

始新世?漸新世氣候轉(zhuǎn)折期(Eocene Oligocene transition，EOT，~33.9 Ma)是新生代氣候轉(zhuǎn)型和大氣CO2濃度變化最為劇烈的時期之一，標志著地球氣候系統(tǒng)由兩極無冰蓋的“溫室氣候”向南極發(fā)育冰蓋的“冷室氣候”的根本性轉(zhuǎn)變。陸地植被生態(tài)系統(tǒng)為應(yīng)對這一激烈的氣候變化也經(jīng)歷了復(fù)雜的響應(yīng)過程。

近期，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)古生態(tài)研究組系統(tǒng)梳理并綜述了EOT在古氣候、古植被重建和數(shù)值模擬等領(lǐng)域的研究進展、探討了該時期氣候與植被變化的潛在驅(qū)動機制，評估了當前EOT古氣候、古植被研究面臨的具體問題與挑戰(zhàn)。在此基礎(chǔ)上，利用哈德萊中心海氣耦合模式(Hadley Centre Coupled Model 3,HadCM3)和Sheffield動態(tài)全球植被模型(Sheffield Dynamic Global Vegetation Model, SDGVM)對EOT目前面臨的具體問題進行初步解析。最后，對EOT未來的研究方向進行展望，旨在從古生態(tài)學(xué)視角為理解和預(yù)測陸地生態(tài)系統(tǒng)對未來氣候變化的長期響應(yīng)提供理論參考。

盡管學(xué)界就EOT全球海洋普遍降溫已達成共識，但陸地氣候的空間響應(yīng)模式，尤其是空間異質(zhì)性及緯度梯度差異，仍存在顯著爭議;關(guān)于EOT觸發(fā)機制，軌道強迫、CO2濃度下降及熱隔離假說均得到數(shù)值模擬驗證，主導(dǎo)因素仍待明確;植被響應(yīng)模式表現(xiàn)為森林開闊化、喜暖植物衰退及旱生植被擴張，但區(qū)域差異顯著。目前，EOT氣候變化如何驅(qū)動陸地生態(tài)系統(tǒng)演變的全球系統(tǒng)性研究仍相對匱乏。

研究基于HadCM3氣候模型和SDGVM植被模型的初步模擬結(jié)果顯示，EOT陸地降溫具有全球一致性，且高緯度地區(qū)降溫幅度更大(圖1)。植被模擬揭示了EOT森林生態(tài)系統(tǒng)開闊化及C4草本植物擴張趨勢(圖2)。最后，建議未來研究應(yīng)重點推動大數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬的深度融合，構(gòu)建高精度時空框架，并發(fā)展更可靠的氣候與植被模型，以提升對EOT氣候?植被協(xié)同演變機制的理解。該研究為預(yù)測未來氣候變化下陸地生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)提供了深時類比。通過整合多源數(shù)據(jù)與模型，有望揭示氣候?生物圈相互作用的復(fù)雜性，為全球變化研究提供理論支撐。

相關(guān)成果以“始新世?漸新世氣候轉(zhuǎn)折期（EOT）全球氣候與植被變化研究進展”為題發(fā)表在自然科學(xué)綜合性學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)通報》上，版納植物園古生態(tài)研究組博士研究生王楠為論文第一作者，李樹峰研究員為論文通訊作者，成都理工大學(xué)與布里斯托大學(xué)參與了該項研究。研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和云南省中青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人才項目的共同資助，特此致謝。

圖1 基于化石數(shù)據(jù)和哈德萊中心海氣耦合模式(Hadley Centre Coupled Model 3,HadCM3)模擬EOT全球溫度比較。(a-c)和(d-f)分別為晚始新世和早漸新世全球年均溫(annual mean temperature,MAT)、最冷月均溫(mean temperature of coldest month,CMMT)和最暖月均溫(mean temperature of warmest month(WMMT)。背景值為數(shù)值模擬溫度，圓代表化石重建的溫度。單位為℃。基于全球孢粉化石點使用共存法重建的晚始新世和早漸新世全球古氣候結(jié)果源自公開發(fā)表的數(shù)據(jù)集。

圖 2 基于Sheffield動態(tài)全球植被模型(Sheffield Dynamic Global Vegetation Model,SDGVM)模擬晚始新世-早漸新世植被類型的變化。(a)模擬晚始新世全球植被類型，(b)模擬早漸新世全球植被功類型。