虽然典型的干旱可能会随着季节的变化而发展，但突发干旱的特点是快速干燥。它们可以在几周内占据主导地位，并且很难预测。在最近的一项研究中，由美国宇航局南加州喷气推进实验室的科学家领导的团队能够在干旱发生前三个月检测到突发干旱的迹象。将来，此类提前通知可能有助于缓解影响。

发光植物如何帮助科学家预测突发干旱

他们是如何做到的呢?通过追随光芒。

从太空看到的信号

当植物在光合作用过程中吸收阳光将二氧化碳和水转化为食物时，其叶绿素会“泄漏”一些未使用的光子。这种微弱的辉光称为太阳诱导荧光(SIF)。荧光越强，植物从大气中吸收的二氧化碳就越多，为其生长提供动力。

虽然肉眼看不见这种辉光，但它可以被NASA轨道碳观测站2(OCO-2)等卫星上的仪器检测到。2014年，OCO-2在美国中西部的生长季节被观测到发光。

研究人员将多年的荧光数据与2015年至2020年5月至7月期间袭击美国的突发干旱清单进行了比较。他们发现了多米诺骨牌效应：在突发干旱之前的几周和几个月里，随着条件的转变，植被最初蓬勃发展。温暖干燥。这些茂盛的植物在一年中的这个时候会发出异常强烈的荧光信号。

但随着逐渐减少土壤中的水供应，这些植物造成了风险。当极端气温袭来时，本来就很低的湿度急剧下降，几天之内就会出现突发干旱。

该团队将荧光测量值与NASASMAP卫星的湿度数据相关联。SMAP是土壤湿度主动被动的缩写，通过测量地球表面自然微波发射的强度来跟踪土壤水分的变化。

科学家发现，这种不寻常的荧光模式与突发干旱前6至12周的土壤水分损失有极强的相关性。从美国东部的温带森林到大平原和西部的灌木丛，不同的景观都出现了一致的模式。

出于这个原因，植物荧光“有望成为突发干旱的可靠早期预警指标，并有足够的准备时间采取行动，”喷气推进实验室的地球科学家、这项最新研究的主要作者尼古拉斯·帕拉佐(NicholasParazoo)说。

美国国家气象局观测办公室的科学家乔丹·格思(JordanGerth)没有参与这项研究，他表示，鉴于气候变化，他很高兴看到针对突发干旱的工作。他指出，只要有可能，农业就会受益于可预测性。

格思说，虽然早期预警无法消除突发干旱的影响，但“拥有先进操作的农民和牧场主可以更好地利用水进行灌溉，以减少作物影响，避免种植可能歉收的作物，或种植不同类型的作物如果他们有几周到几个月的交货时间，就能达到最理想的产量。”

追踪碳排放

除了尝试预测突发干旱之外，科学家们还想了解干旱如何影响碳排放。

通过在光合作用过程中将二氧化碳转化为食物，植物和树木成为碳“汇”，从大气中吸收的二氧化碳多于释放的二氧化碳。包括农田在内的多种生态系统在碳循环(陆地、大气和海洋之间碳原子的不断交换)中发挥着作用。

科学家们利用OCO-2卫星的二氧化碳测量值以及先进的计算机模型来跟踪骤发干旱前后植被的碳吸收情况。受热胁迫的植物从大气中吸收的二氧化碳较少，因此研究人员预计会发现更多的游离碳。相反，他们发现的是一种平衡行为。

与正常条件相比，骤发干旱发生前的温暖气温促使植物增加碳吸收量。平均而言，这种异常吸收足以完全抵消由于随后的炎热条件而导致的碳吸收减少。这一令人惊讶的发现可能有助于改善碳循环模型的预测。

今年夏天，OCO-2卫星庆祝其在轨运行10周年，它使用三个类似相机的光谱仪来绘制天然和人造二氧化碳浓度和植被荧光图，这些光谱仪经过调整以检测二氧化碳的独特光特征。他们通过跟踪给定空气柱中吸收了多少反射阳光来间接测量气体。