Nature Climate Change | 土壤极端高温可能超过极端气温_新浪财经

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土壤极端高温可能超过极端气温

摘要

Quantifying changes in hot temperature extremes is key for developing adaptation strategies. Changes in hot extremes are often determined on the basis of air temperatures; however, hydrology and many biogeochemical processes are more sensitive to soil temperature. Here we show that soil hot extremes are increasing faster than air hot extremes by 0.7 °C per decade in intensity and twice as fast in frequency on average over Central Europe. Furthermore, we identify soil temperature as a key factor in the soil moisture–temperature feedback. During dry and warm conditions, the energy absorbed by the soil is used to warm the soil, increasing the release of sensible heat flux and surface air temperatures. This increase in surface air temperature leads to a higher atmospheric demand for water, increasing soil evaporation, which may further dry and warm the soil highlighting the contribution of soil moisture–temperature feedback to the evolution of hot extremes in a warming climate.

量化极端高温的变化是制定适应战略的关键。极端高温的变化通常根据气温来确定，然而水文和许多生物地球化学过程对土壤温度更为敏感。在这里，我们发现在中欧地区，土壤极端高温的强度比空气极端高温增加速度快0.7°C/十年，平均频率快两倍。此外，我们还发现土壤温度是土壤湿度-温度反馈的关键因素。在干燥和温暖的条件下，土壤吸收的能量被用来加热土壤，增加了感热通量的释放和地表气温。地表气温的升高导致大气对水的需求增加，从而增加了土壤蒸发，这可能会进一步使土壤干燥和变暖，凸显了土壤湿度-温度反馈对气候变暖条件下极端高温演变的贡献。

正文

图1 基于1996-2021年欧洲空气和土壤温度的TX7d趋势。a-c，从左到右，基于空气（TX7dAir）和土壤温度（TX7dSoil）的TX7d趋势，土壤和空气趋势绝对值之差（Abs. TX7dSoil - TX7dAir），以及两个趋势均为正值时的趋势之差（Incr. TX7dSoil - TX7dAir）。TX7d指数的定义是每年最热一周的日最高气温平均值。结果来自气象站（a）、CM SAF卫星数据和地球观测数据（E-OBS网格数据集）（b）以及 ERA5Land 再分析（c）。圆点表示具有高于90%置信度的重要趋势的区域。

图2 土壤湿度-温度反馈中的土壤温度。在潮湿和温暖的条件下，净辐射主要以潜热（LE）的形式从土壤中释放出来。这一过程会降低土壤温度（TSoil），增加云量（CF），导致降水量（P）增加，从而进一步增加土壤湿度（SM）。在干燥和温暖的条件下，净辐射主要用于提高土壤温度（TSoil），增加感热（H）和地热通量（G），而LE则受到SM的限制。H释放到大气中会提高本地和/或远处的空气温度（TAir），导致蒸汽压力不足（VPD）。高VPD会增加对LE的需求，使土壤进一步干燥和升温。+（-）符号表示直接（反向）关系，箭头表示反馈方向。

图3 夏季土壤向大气释放热量的天数百分比。a，在极端气温条件下，土壤最高温度（TSoil）高于空气最高温度（TAir）的天数百分比，以1.5°C升温水平下CMIP6模型的多模型平均值及其与2.0°C 和3.0°C 升温水平的差值表示。b，c 1990-2100年欧洲中西部（b）和中东部（c）（见a中的矩形）平均TSoil>TAir的天数百分比。

引用方式

García-García, A., Cuesta-Valero, F.J., Miralles, D.G. et al. Soil heat extremes can outpace air temperature extremes. Nature Climate Change (2023).https://doi.org/10.1038/s41558-023-01812-3.

(环境生态网)

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