北京大学张尧研究员Nature Communications｜植被绿化加剧了未来复合土壤旱热极端情况

生态环境科学 · 公众号 · · 2025-01-03 08:28

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转自：地理科学前沿

主要内容

随着全球变暖，复合土壤干旱和极端高温预计将更加频繁地发生，从而引起广泛的社会生态影响。植被通过生物物理过程调节气温和土壤湿度，从而影响此类极端事件的发生。气候变化下，全球植被覆盖预计将增加，但目前尚不清楚植被绿化是否会减轻或加剧未来复合土壤旱热事件的增加。在这里，我们使用一套最先进的模型模拟表明，预计植被绿化将增加全球复合土壤旱热事件的频率，相当于年底总增量的 12-21%。21世纪这种增加主要是由于与叶面积增加相关的反照率降低和蒸腾作用增强所致。尽管绿化引起的蒸腾作用增强可以抵消冷却和干燥效应，但生长季节早期的过度失水可能导致后期土壤水分不足，从而在随后的暖季期间加剧复合土壤旱热极端情况。这些变化在北部高纬度地区最为明显，并且主要受CO 2 变暖效应的影响。我们的研究强调了将植被生物物理效应纳入缓解和适应策略以应对复合气候风险的必要性。

本研究开发了一个框架来量化 1850-2100 年复合土壤干旱-热事件的可能性变化，并将这些变化归因于蒸腾作用 (Tr) 和反照率 (α) 效应，这是植被赖以生存的两个关键的地表特性调节陆地水和能量平衡，从而调节气温 (Ta) 和土壤湿度 (SM)。复合土壤旱热事件被确定为在暖季（气候上连续最热的三个月）同时发生低SM和高Ta，这与植物最活跃的主要生长季节重叠。通过采用耦合模型比对项目第 6 阶段 (CMIP6) 中的17个最先进的地球系统模型 (ESM)，其中结合了各种土地过程的当前知识，我们描述了复合土壤干旱-高温极端事件频率的变化使用似然乘法因子 (LMF)。LMF定义为未来与历史时期低SM和高Ta的联合概率之比，有效表征复合极值发生的变化。我们将 LMF 分为两个部分：（1）与 Ta 和 SM 趋势相关的部分，以及（2）与两个变量的变异性和依赖性相关的部分（图1b-c和补充图2a-b ，方法）。然后，我们将 LMF 分量归因于植被引起的 Tr 和 α 变化。这使我们能够全面评估预计绿化对未来气候变化下复合极端事件可能性的影响，并确定驱动这些变化的潜在过程。

相关图表

图1：量化植被生物物理学导致的复合土壤旱热事件可能性变化的示意图

图 2：CMIP6 模型中预计植被驱动的复合土壤旱热事件 (LMF) 全球可能性的变化

图 3：CMIP6 模拟中预计植被驱动的复合土壤旱热事件 (LMF) 可能性变化的全球模式

图 4：CMIP6 模型中与植被生物物理相关的复合土壤旱热事件 (LMF) 可能性变化的驱动因素

图 5：北部生态系统植被叶面积指数 (LAI) 的变化 (> 23° N)

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