Nature子刊重磅综述 | 清华大学杨雨亭副教授团队：植被变绿与全球蒸散发|清华大学_新浪财经

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科研进展

蒸散发是全球水-碳-能量耦合循环的纽带，是量化水文循环响应全球变化的关键过程。在全球变暖、水文循环加剧的大背景下，全球蒸散发呈现出了明显的年际和季节性变化。然而，由于蒸散发的时空变化复杂、影响因素众多且实地观测有限，不同方法估算的蒸散发间存在较大差异，导致现有针对全球蒸散发时空变化的评估存在较大的不确定性。同时，大规模的植被变绿是过去几十年全球变化最为显著的特征之一。然而，植被变绿的蒸散发效应却尚未明晰。上述蒸散发估算中的不确定性以及对于蒸散发响应全球变化关键过程的认知不清，极大地限制了对水文循环如何响应全球变化的科学认知；同时也给全球变化背景下淡水资源可持续性评估、农业灌溉制度制定、干旱事件预测以及生态系统监测等带来了巨大挑战。

针对上述问题，清华大学水利系杨雨亭副教授团队系统梳理与综述了现有的观测证据与模型结果，分析了自上世纪80年代以来全球蒸散发的时空变化特征及其驱动因素，重点讨论了植被变化对蒸散发的影响，并评估了蒸散发变化对气候系统的反馈作用。该成果以“Evapotranspiration on a greening Earth”为题，于2023年8月22日在线发表于Nature Reviews Earth & Environment。

通过综合多源观测与模型结果，量化了全球陆面多年平均蒸散发为520±31 mm yr-1,约占全球陆面多年平均降水量的66%以及多年平均净辐射的47%。同时，自上世纪80年代以来，全球陆面蒸散发呈加速上升的趋势。在1982-2011年的30年间，全球陆面蒸散发年均增加0.66 ± 0.38 mm；在本世纪的前20年间（2001-2020），年均增加量上升到1.19 ± 0.31 mm。植被变绿对全球蒸散发的上升起到了主导作用，在两个时期分别贡献了蒸散发增加量的39 ± 18%与62 ± 36%。除了长期趋势，植被的季节性变化同样导致了蒸散发的季节性变化，具体表现为春、秋两季的蒸散发随春季植被返青期提前和秋季植被落叶期推迟呈显著的上升趋势，而夏季蒸散发在全年蒸散发中的占比则明显下降。基于气候模式的模拟结果，论文指出在未来气候变化情景下全球陆面蒸散发仍将维持显著的上升趋势，且植被变绿仍是主要的驱动因素。然而，相较于历史时期，未来植被变绿对蒸散发增加的影响程度将有所下降。

历史时期全球陆面蒸散发变化趋势及驱动因素

未来气候变化情景下全球陆面蒸散发变化

论文进一步讨论了大气CO2施肥效应、土地利用变化、气象要素变化和氮沉降等植被变化的关键驱动因素对蒸散发的影响。大气CO2浓度升高是全球植被变绿的主要驱动因素。然而，大气CO2浓度升高对植被施肥作用的蒸散发效应却呈现出两个截然相反的特征：从植被对CO2的结构性响应来看，植被覆盖度增加及根系生长导致蒸散发增加；而从植被对CO2的生理性响应来看，气孔导度的下降对蒸散发起到抑制作用。总体而言，在结构性响应占主导的低植被覆盖区，CO2施肥对蒸散发主要起到促进作用；而在生理性响应占主导的高植被覆盖区，CO2施肥对蒸散发的抑制作用则更为明显。土地利用变化对蒸散发的影响复杂且难以量化，在全球尺度上的信号十分微弱。然而，不同的土地利用变化类型，如大规模的植被种植、森林砍伐、耕地扩张、农田灌溉、森林火灾等，在局地/区域尺度上对蒸散发的影响却十分强烈。此外，气象要素变化和氮沉降在全球尺度上对蒸散发主要起到促进作用，但影响程度有限。

CO2施肥作用、土地利用变化和氮沉降引起的蒸散发变化

植被变绿引起蒸散发的变化会对局地/区域的气候产生影响。蒸散发通过改变陆地向大气转移的水汽总量以及影响边界层大气层结稳定性等方式来影响降水。植被变绿引起的蒸散发上升增强了局部水汽循环，同时也增加了下风向区域的水汽输入，从而导致降水增加。同时，蒸散发通过直接和间接的途径影响近地表气温。一方面，蒸散发通过蒸发冷却效应直接导致近地表气温降低；另一方面，蒸散发上升所带来的大气水汽含量增加则通过影响陆气间短波和长波辐射的传输而间接影响近地表气温。总体上看，历史时期植被变绿引起的蒸散发增加导致近地表气温呈微弱但显著的下降趋势。

蒸散发对降水和气温的影响

论文最后指出，虽然现有的大量工作已极大地提升了人们对蒸散发过程及其如何响应环境因素变化的认识，但仍存在许多在未来研究中亟需解决的问题和亟待加强的方面，包括提高模型对蒸散发过程尤其是对蒸散发组分的模拟精度，提升对蒸散发响应环境因子变化机制尤其是对大气CO2浓度升高响应的科学认知，加强对蒸散发过程特别是蒸散发组分的长期观测与模型验证，发展基于多源观测与物理模型相结合的蒸散发数据融合技术等。该研究综述回答了近年来关于全球蒸散发变化趋势的相关争议，阐明了植被变绿的主导作用，总结分析了植被变化各驱动因素对蒸散发的影响，揭示了蒸散发变化对大气系统的反馈作用并指出了未来的研究方向，不仅推动了从地球系统多圈层视角研究蒸散发变化，更为进一步理解水文循环如何响应全球变化提供了大量科学依据。

清华大学水利系杨雨亭副教授为论文第一作者与通讯作者，水利系杨大文教授为论文的共同通讯作者。论文的国内合作者还包括武汉大学张橹教授、中科院地理所张永强研究员和张选泽副研究员、北京大学朴世龙院士以及兰州大学张宝庆教授。清华大学水利系博士后郭辉、甘蓉以及博士研究生涂卓依也参与了论文的相关工作。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助

原文链接 ↓

https://doi.org/10.1038/s43017-023-00464-3

(环境生态网)

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