Science Needs for a Terrestrial Biosphere Tipping Point Early Warning System

方法

综合临界要素与动力学理论，结合遥感时空数据与空间换时间方法。

发现

遥感数据时空特性适合发展时空韧性感知与临界点预警指标。

机会点

可将临界点预警理论引入农田生态系统，发展基于遥感的农业韧性监测指标。

地球系统中的临界点有可能对生物圈和社会造成重大不利影响。其内在的非线性意味着，即使外部强迫相对较小的额外增加，也可能导致地球系统各组成部分发生不成比例的巨大调整。在某些情况下，临界点可能导致难以恢复的替代状态。本文讨论如何最大限度地利用地球观测（Earth Observation, EO）数据来改进陆地生物圈临界点的早期预警系统。我们聚焦于陆地生物圈，因为它提供关键的生态系统服务，其动态对于早期预警开发而言更为可控，并且非常适合跨多个空间尺度的遥感观测。我们综合了两个关键要素：陆地生物圈中潜在的临界要素与动态，以及能够确定恢复力水平的相应数学理论与方法。结合这些知识，我们讨论了生成临近临界点预警的可行性，并通过考量可被遥感观测的内容加以筛选。地球观测数据通常时间序列较短，但具有精细分辨率的广泛空间覆盖，因此我们强调时空恢复力感知，并构建可能纳入系统强迫平行数据的早期预警指标。我们描述了“空间换时间”替代方法如何利用地球观测强大的面域覆盖能力，来理解生态系统是否因位置不同而更接近临界状态，从而能够更完整地评估逼近强非线性时涌现的信号。