氣候變暖總體上加速了全球水迴圈,加强了土壤和植被向大氣釋放水分的過程。土壤水分蒸發和植被蒸騰過程代表了全球水迴圈非常關鍵的分支,即水分參與陸地植被生長過程的水迴圈分支。囙此,土壤濕度損失路徑(土壤蒸發和植被蒸騰比例)的變化對我們認識氣候變化影響陸地水分平衡和生態系統響應具有重要意義。
由於缺少長期大範圍的連續土壤蒸發和植被蒸騰觀測,基於數值模式的再分析和類比數據是研究區域氣候與土壤濕度損失變化的重要數據基礎。但現時多數模式對陸面水迴圈和碳迴圈類比的絕對偏差仍然較大,氣候變化影響土壤濕度損失路徑變化的訊號較弱。為此,中國科學院大氣物理研究所李明星副研究員等利用植被蒸騰與土壤蒸發量之比無量綱化模式土壤水分過程變數,增强陸面水迴圈過程對氣候變化的響應訊號。利用再分析數據,該方法清晰的檢測出了1979-2014年植被蒸騰比例較土壤蒸發量顯著增加的趨勢(除內蒙古東部地區和華北灌溉農業區外),與遙感觀測到的中國區域綠化過程具有很高的一致性。這表明隨著氣候變暖,土壤濕度的損失路徑逐漸向植被蒸騰增强、土壤蒸發减少的趨勢演變,植被過程在陸地水迴圈中的作用增强。
地球系統模式SSP126、245和585情景的集合分析進一步表明,隨著增溫的持續,我國大部分區域植被蒸騰-土壤蒸發之比呈新增趨勢,尤其自東北至西南的幹濕氣候過渡帶這一比例新增的趨勢更加明顯,形成植被水分利用和碳匯新增的熱點區域。不同時期季節變化的比較揭示了隨著增溫植被生長季的延長是植被對土壤水分競爭增强的重要原因。
該研究關於土壤濕度損失路徑轉變的發現有助於認識增溫影響陸面水迴圈變化機理和評估水資源利用及陸地生態系統碳匯的潜在變化,也為地球系統模式評估和研究陸地水文和碳迴圈過程提供了啟示。
圖1.a)1981–2014平均的植被蒸騰和土壤蒸發之比(VT/SE),b)SSP585情境下不同年代平均VT/SE與1981–2014平均之差,c)不同排放情景下不同年代平均VT/SE年變化與1981–2014平均年變化的比較。
Li,M.X. et al.,2022.The Increasing Role of Vegetation Transpiration in Soil Moisture Loss across China under Global Warming.J. Hydrometeorol.,23(2):253-274.DOI:10.1175/jhm-d-21-0132.1
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