Multi-index analysis reveals complexity of tundra greening and shrubification on Yamal Peninsula

摘要 在气候变暖背景下，北极植被覆盖正经历快速的结构和空间变化。灌木化是这些变化的主要组成部分，表现为灌木向外和向上生长，填充现有斑块并向新区域扩散。基于卫星的植被指数（VIs），如归一化差异植被指数（NDVI），在北极许多地区显示出数十年间的增长趋势，这一现象被称为绿化，并被解释为植被组成、结构、空间和功能变化的指标。然而，灌木化对卫星尺度绿化的直接贡献仍知之甚少，部分原因在于单一指数方法的光谱局限性以及多年代际卫星记录的空间分辨率较粗。本研究利用1987—2023年Landsat影像衍生的四种常用植被指数——NDVI、增强植被指数2（EVI2）、土壤调节植被指数（SAVI）和核NDVI（kNDVI）——考察并比较了俄罗斯北极亚马尔半岛绿化的空间格局和幅度。我们还利用野外观测、无人驾驶飞行器（UAV）和甚高分辨率WorldView 3卫星影像获得的覆盖度数据，研究了柳树（Salix lanata）覆盖度（%）与绿化的关系。研究区12%—25%的区域出现植被绿化，主要由低温滑坡上的植被再生驱动，也可能源于灌木扩张。然而，绿化幅度取决于所选用的植被指数，因为它们在空间分布上的相似性最高仅为54%。光谱绿化与灌木化之间关系的不确定性增加了解释植被变化驱动因素的复杂性，包括植食作用（例如驯鹿Rangifer tarandus的啃食）如何抑制灌木扩张，以及非生物和其他生物影响如何通过不同植被指数或其组合被检测到。我们证明，亚马尔半岛数十年尺度的植被绿度变化并非均一，以柳树为主的对比区域对共同的气候变化响应不同，这可能归因于植食动物动态、土壤效应以及该地区微气候或地形的差异。