1. 研究背景
复合型土壤干旱-高温事件的发生（即低土壤湿度和高温极端事件的共同发生），已在全球范围内导致了大规模的作物减产、野火灾、生态系统碳损失，甚至人员伤亡。预计在21世纪，许多地区的复合型土壤干旱-高温条件将会增加，并带来重要的社会生态影响。鉴于其多种不利影响，复合型土壤干旱-高温事件已引起科学界的广泛关注，特别是对其时间和空间变化、与陆地-大气相互作用相关的机制以及对生物物理和生物地球化学过程的影响的研究。然而，目前缺乏对长期植被变化如何影响复合型土壤干旱-高温事件发生的定量理解。
2.创新之处
本研究中，我们构建了一个研究方法框架，用于量化1850-2100年间复合型土壤干旱-高温事件发生概率的变化，并将这些变化归因于蒸腾作用（Tr）和反照率（α）的影响。这两者是植被通过调节陆地水分与能量平衡，进而影响气温（Ta）和土壤湿度（SM）的两个关键陆面属性。
复合型土壤干旱-高温事件被定义为在暖季（气候上最热的连续三个月）同时发生的低SM和高Ta，这一时期通常与植物最活跃的主要生长季重叠。通过使用Coupled Model Intercomparison Project Phase 6（CMIP6）的17个最先进的地球系统模型（ESMs），这些模型整合了当前对各种陆地过程的认识，我们利用 likelihood multiplication factor（LMF）表征复合型土壤干旱-高温极端事件频率的变化。LMF被定义为未来与历史时期低SM和高Ta联合概率的比值，可以有效表征复合极端事件发生频率的变化。
我们将LMF分解为两个部分：（1）与Ta和SM趋势相关的部分，以及（2）与两变量的变异性和依赖性相关的部分。随后，我们将LMF的各组成部分归因于植被引起的Tr和α的变化。这使我们能够全面评估未来气候变化下预计绿化对复合极端事件发生概率的影响，并识别驱动这些变化的潜在过程（具体可查阅此论文的“方法”部分）。
3. 关键图表
图1 植被生物和物理作用下的复合土壤干旱-高温事件发生可能性变化
图2 CMIP6模型中全球复合土壤干旱-高温事件（LMF）发生可能性受植被驱动变化的预测结果
4. 主要结论
全球变暖预计会导致复合土壤干旱-高温极端事件更频繁地发生，从而引发广泛的社会及生态影响。植被通过生物物理过程调节空气温度和土壤湿度，从而影响此类极端事件的发生。全球植被覆盖预计在气候变化背景下、会增加，但目前尚不清楚植被绿化是否会缓解或加剧未来复合土壤干旱-高温事件的增加。在此，我们的模型模拟表明，预计的植被绿化将导致全球复合土壤干旱-高温事件频率增加，相当于到21世纪末总增量的12–21%。这种增加主要由叶面积增加相关的反照率降低和蒸腾增强所驱动。尽管绿化引发的蒸腾增强具有相互抵消的降温和干燥效应，但生长季初期的过度水分损失可能导致后期土壤湿度不足，从而在随后的暖季增加了复合土壤干旱-高温极端事件。这些变化在北方高纬度地区最为明显，并且主要受到CO2变暖效应的主要影响。
5. 发表信息
Li, J., Zhang, Y., Bevacqua, E. et al. Future increase in compound soil drought-heat extremes exacerbated by vegetation greening. Nat Commun 15, 10875 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-55175-0
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