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北京大学朴世龙院士团队在《自然-地球科学》撰文揭示植被变绿通过跨区域水汽传输利好全球地表水资源

作者:  发布日期:2022-11-14  浏览:

  近20年来,全球变化尤其是植树造林等工程的实施导致陆地植被活动显著增强(即地球“变绿”)。这一趋势正深刻地改变陆地水循环并影响区域水安全。此前研究认为,植被变绿促进地表蒸散发,而耗散的水汽继续参与局地尺度水汽再循环,以降水形式补偿地表可用水的损失。除该局地效应外,植被蒸腾水汽还可通过大气环流传输数百至数千公里,在下风向地区形成降水,从而跨区域影响地表水资源。这暗示着目前基于站点或局地尺度的研究可能普遍低估了植被变化对陆地降水以及可用水的反馈强度。如何利用观测资料定量植被变化产生的跨区域水文效应是长期困扰学术界的难题之一,这也是破解“植树造林等生态工程对全球地表水资源是利是弊”这一热点科学问题的关键所在。

  北京大学城市与环境学院朴世龙院士团队基于遥感观测的全球植被数据,结合大气水汽传输理论,通过赋予当地和上风向水汽源区植被变化以水汽贡献权重因子,建立了同时考虑当地和上风向地区贡献的水文加权植被变化指标。该指标突破了传统观测研究无法考虑植被跨区域水文效应的方法学局限性,并支持通过经验模型诊断水汽源区植被变化对当地降水的反馈作用。

  研究发现,近20年全球植被变绿以每年0.26毫米的速率增加地表可用水量(变绿导致的降水量减蒸散发量变化),约抵消了同期地表可用水减少量的15%。植被变化增加可用水的区域约占全球陆地面积的53%,主要分布在我国东部、欧洲、西伯利亚西部,以及非洲西部和南部等。在这些地区,植被变绿引起的蒸散发失水量小于上风向水汽源区植被变绿对当地降水的促进作用,导致地表可用水增加。然而,局部地区植被变化导致的地表可用水减少却非常明显。例如,热带地区的大范围毁林破坏了植被对区域降水的正反馈机制,从而大幅削减了当地及下风向地区的可用水量。

  

  图1. 全球植被的综合水文效应格局图(左侧图例中+表示显著有利,O表示不显著,̶ 表示显著不利;左侧和右侧符号分别表示对当地/区域和下风向地表可用水量的影响)

  研究团队进一步聚焦当前全球大范围实施的植树造林工程的跨区域影响,研编了首幅全球植树造林综合水文效应格局图(图1)。令人鼓舞的是,研究发现全球陆地45%的区域(图1中绿色圆点),植树造林会同时利好当地和下风向地区的可用水量。这表明,在这些地区造林不仅促进碳汇,产生的水资源效益亦相当可观。然而,在水分限制地区和高海拔地区,植被增加则会导致当地和(或)下风向地区可用水量减少。

  该研究首次采用观测手段估算了全球植被变化的跨区域水文效应,定量证实了植被变化通过远距离水汽输送对下风向地表可用水量的重要作用,为全面评估我国植树造林等生态工程对区域气候和地表水资源的影响提供关键科学支撑。

  该研究成果以“Global water availability boosted by vegetation-driven changes in atmospheric moisture transport” 为题发表于《自然-地球科学》( Nature Geoscience )杂志(doi:10.1038/s41561-022-01061-7)。自然亚洲(Nature Asia)网站在“研究亮点”(Research highlights)中以“Earth science: Plants boost global water availability” 为题报道了该研究成果。北京大学城市与环境学院特聘副研究员崔江鹏为第一作者,博士研究生连旭(已获学位)为通讯作者。

    (来源:https://news.pku.edu.cn/jxky/31eeba7a9e844d92a7f12463ecd69dd7.htm

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