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PNAS：全球土壤干旱热浪复合事件被广泛低估
近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所、德国亥姆霍兹环境研究中心和英国班戈大学的多位学者在PNAS发表题为Surging compound drought-heatwaves underrated in global soils的研究成果，发现全球土壤干旱热浪复合事件或被全方位低估。湖泊与流域水安全重点实验室范兴旺副研究员为论文第一作者，张运林研究员为通讯作者。
全球增温背景下，大气环流异常、局地陆-气耦合等共同作用形成的干旱热浪复合事件（CDHW，大气复合事件）受到广泛关注。此类事件易发于干-湿气候过渡带，近年来在湿润区也时有发生，如2022年夏季我国长江中下游地区的异常干旱高温事件，对湖泊流域水安全构成严重威胁。此类复合事件通常由降水量和气温定义，忽视了土壤内部的水热胁迫状况。
图1 1980–2023年全球土壤干旱热浪复合事件（红色）和大气干旱热浪复合事件（蓝色）的（A）发生频次、（B）持续时间、（C）峰值强度和（D）累积强度
为此，研究基于逐日土壤水分和土壤温度，提出了面向土壤的干旱热浪复合事件（SCDHW，土壤复合事件）概念。多种模式和观测数据分析表明：1980–2023年，全球土壤复合事件的发生频次、持续时间和累积强度及其变化趋势均高于大气复合事件。2010年以来，全球土壤复合事件的极端性已经超越大气复合事件，土壤高温事件已经成为新常态。全球土壤水分含量持续下降，越来越多的太阳辐射能量被用于加热表层土壤，土壤复合事件的极端性迅速攀升。
图2 （A）1980–2023年全球土壤干旱、土壤热浪及其复合事件面积；（B）1980–2023年全球各大洲土壤干旱热浪复合事件面积；（C）近年来全球土壤干旱热浪复合事件累积强度
全球增温和厄尔尼诺现象引发更多的土壤热浪，是本世纪以来土壤复合事件激增的主要原因。北半球高纬度地区土壤快速增温，复合事件的极端性更强；南半球土壤复合事件的持续时间更长。在高排放情景下，本世纪末全球土壤复合事件的高温距平可达10℃，持续时间可达70天以上，单次复合事件的持续时间显著增加。土壤干旱将成为土壤复合事件的限制性因素，流域水安全在普遍高温的背景下将面临更加严峻的挑战。
图3 基于滑动窗口分析的全球[灌木、草地、农田]与森林土壤干旱热浪复合事件多年平均（A）峰值强度和（B）累积强度差异，及（C）复合事件主要表征参数的纬向统计数据；（D）基于全球站点观测数据分析的土壤干旱热浪复合事件多年平均累积强度
森林和湿地生态系统可有效缓解土壤复合事件。模式数据表明，与临近的灌木、草地和耕地相比，森林具有更低的土壤复合事件极端性和累积强度。全球244个站点观测数据表明，按照土壤复合事件累积强度由高到低排序，土地利用类型依次为裸地、灌木、耕地、草地、林地、植被镶嵌体和湿地。在流域综合管理方面，该研究表明，湿地与林地保护、耕地集约化利用（相对于耕地扩张）、生物多样性维持是缓解土壤复合事件的有效手段。同时，研究呼吁从土壤视角重新评估干旱热浪复合事件的生态效应。
以上研究成果得到国家重点研发计划和自然科学基金等项目的联合资助。
论文链接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2410294121
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