未來大氣CO2濃度上升 植被將如何影響季風區降水和徑流?
2020年10月22日10:08

  來源:北京大學城市與環境學院樸世龍教授團隊

圖 1. 2020 年東亞夏季風異常導致中國長江流域洪澇災害(圖片來源:湯姆森路透)
圖 1. 2020 年東亞夏季風異常導致中國長江流域洪澇災害(圖片來源:湯姆森路透)

  季風是地球氣候系統的重要特徵之一,它的變化深刻影響著人類生產和生活(圖 1),因而季風及其變化機製的研究一直是全球變化研究領域的熱點之一。已有研究發現,大氣 CO2 濃度上升產生的輻射強迫效應通過改變大氣能量收支,影響大氣熱力狀況和大氣運動,繼而引起季風變化。另一方面,大氣 CO2 濃度升高還會改變植被生長,如導致植被氣孔導度降低和葉面積增加。這些植被生理過程的改變將如何進一步影響氣候尤其是季風系統?目前學術界對於這一重要科學問題仍缺乏瞭解。

  北京大學城市與環境學院樸世龍教授團隊利用參與第五次國際耦合模式比較計劃的多個地球系統模型,解耦了未來大氣 CO2 濃度升高的輻射強迫效應和植被生理響應對全球陸地 7 個季風區(南亞、東亞、澳州、北美、南美、北非和南非)降水和徑流的影響。研究表明,在北美、南美以及澳州季風區,CO2 濃度升高的植被生理效應對區域年降水量變化的影響相當於其輻射強迫效應的 0.4~2.5 倍(圖 2)。

圖 2. 全球陸地季風區年降水、徑流和蒸散發變化(背景地圖中淺綠色和淺藍色區域為 7 個季風區所在位置)
圖 2. 全球陸地季風區年降水、徑流和蒸散發變化(背景地圖中淺綠色和淺藍色區域為 7 個季風區所在位置)

  更重要的是,在大部分季風區,CO2 濃度升高導致的年徑流量增加量大於降水增加,這主要源於植被生理響應所引起的蒸散發降低(圖 2 和圖 3)。研究還發現,CO2 濃度上升可能導致季風期和徑流豐沛期的延長。該成果有助於深入理解植被在氣候系統中的作用,並為闡明大氣 CO2 濃度升高背景下的季風變化提供了新視角。

圖 3. 全球季風區降水和徑流變化驅動過程示意圖(VEG 代表植被生理效應,RAD 代表輻射強迫效應。藍色箭頭表示對徑流變化為正貢獻,紅色箭頭表示對徑流變化為負貢獻)
圖 3. 全球季風區降水和徑流變化驅動過程示意圖(VEG 代表植被生理效應,RAD 代表輻射強迫效應。藍色箭頭表示對徑流變化為正貢獻,紅色箭頭表示對徑流變化為負貢獻)

  該研究成果以“Vegetation forcing modulates global land monsoon and water resources in a CO2-enriched climate”為題發表於《自然-通訊》(Nature Communications)雜誌。北京大學城市與環境學院博士後崔江鵬為第一作者,樸世龍教授為通訊作者。

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