蒸散发不仅是全球水-碳-能量耦合循环的纽带,也是量化水文循环响应全球变化的关键过程。在全球变暖和水文循环加剧的背景下,全球蒸散发呈现出明显的年际和季节性变化。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之间存在较大差异,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。此外,过去几十年中,全球植被变绿是最显著的变化之一,但植被变绿对蒸散发的具体影响仍不明确。这些不确定性限制了我们对水文循环如何响应全球变化的科学认知,同时也给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。
这项研究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%。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。研究指出,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%。植被的季节性变化同样导致了蒸散发的季节性变化,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,研究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施肥效应:CO2浓度升高对植被的结构性响应(增加覆盖度和根系生长)促进蒸散发,而生理性响应(气孔导度下降)则抑制蒸散发。
土地利用变化:不同类型的土地利用变化(如植被种植、森林砍伐等)在局地/区域尺度上对蒸散发有显著影响,但在全球尺度上的信号较弱。
气象要素变化:气象要素变化在全球尺度上对蒸散发有促进作用,但影响程度有限。
氮沉降:氮沉降对蒸散发的影响也主要是促进作用,但同样影响有限。
CO2施肥作用、土地利用变化和氮沉降引起的
蒸散发变化
植被变绿会通过增加蒸散发来改变局地和区域的气候。以下是一些关键点:
蒸散发和降水:
植被变绿增加了蒸散发,增强了局部水汽循环。
这不仅增加了局地的水汽含量,还增加了下风向区域的水汽输入,从而可能导致降水增加。
蒸散发和气温:
直接影响:蒸散发通过蒸发冷却效应直接降低近地表气温。
间接影响:蒸散发增加了大气中的水汽含量,影响了短波和长波辐射的传输,从而间接影响气温。
历史趋势:
历史数据显示,植被变绿引起的蒸散发增加导致近地表气温呈现微弱但显著的下降趋势。
蒸散发对降水和气温的影响
这篇论文的最后部分指出了未来研究中需要解决的问题和加强的方面,包括:
提高模型精度:特别是对蒸散发过程及其组分的模拟精度。
提升科学认知:尤其是对蒸散发响应环境因子变化机制的理解。
加强长期观测:对蒸散发过程及其组分进行长期观测与模型验证。
发展数据融合技术:结合多源观测与物理模型的蒸散发数据融合技术。
这些研究不仅推动了从地球系统多圈层视角研究蒸散发变化,还为理解水文循环如何响应全球变化提供了科学依据。