全球土壤水循环可能正加快 部分地区或变更干旱

2010-10-20 10:31 来源: 中国科学院
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  在过去10年中,南半球大部分地区的土壤,包括澳大利亚、非洲和北美的大部分区域,正在变得越来越干旱。发表在10月10日《自然》杂志网站上的一篇研究报告指出,由于受到水分供给的限制,全球土壤水分蒸发蒸腾总量呈下降趋势,近期由蒸发蒸腾作用返回到大气中的土壤水分已降低到年降水量的60%。数据显示,1998年至2008年间,尽管地球大气总体上在变暖,但地球陆地表面水蒸发量增加的趋势却明显减缓或甚至被逆转。该项目是首次在全球水平针对“土壤水分蒸发蒸腾损失总量”所进行的研究。

  蒸发蒸腾是全球气候系统的关键组成部分,将水循环和能量循环、碳循环联系在了一起。土壤水分从地面上升到大气的这一过程,消耗了地面所吸收太阳能量的一半以上。此前的大部分气候模型都认为,蒸发蒸腾将随着全球变暖而增加,然而囿于获得的数据有限,还无法确定这只是气候的自然变化还是长期内全球气候变化的一方面。

  土壤水蒸发量增加趋势明显减缓

  论文作者之一、美国俄勒冈州立大学全球变化森林科学教授贝弗里·劳表示,这项研究第一次利用观察数据对全球范围进行了分析。

  研究人员收集了1982年到2008年间来自全球气象、遥感观测和运算处理三方面的监测网络数据,使用一种基于过程的地表模型对数据加以分析,根据整体影响效果对同一时期的蒸发蒸腾变化进行了评估。专门研究全球生物圈和大气圈之间物质交换的国际联合组织FLUXNET的科学家第一次精确估计出,从1982年至2008年,全世界平均每年蒸发65000平方千米的水,几乎相当于地球上最大湖泊里海的水量。从测量数据得出的这个值与早先其他研究中的预测一致。参与研究的德国马克斯—普朗克生物地理化学研究所项目负责人马库斯·赖希斯坦因表示:“我们的数据首次显示,蒸发量在此期间是如何变化的。”

  研究指出,随着全球变暖,土壤水分蒸发蒸腾总量会变得更多,由于从海洋蒸发的水分更多,也会从整体上带来更多的降水。数据也确实显示出,某些地区比以前变得更加湿润。然而世界上大部分地区,土壤却变得比以前更加干旱,由于能释放的水分更少,这也抵消了某些地区大气降水的增加。植物生长面临更多干旱压力,整体生产能力因此下降。过去10年间,多年的干旱使得植物生长减慢,并发生了一些大的森林火灾。

  在遍布全球超过250个监测站以及卫星数据的帮助下,科学家们确定,1998年至2008年间,地球陆地表面水蒸发量增加的趋势明显减缓或甚至被逆转。从1982年到1997年,全球蒸发蒸腾量平均每年增加7毫米左右,此后伴随着1998年的厄尔尼诺气候事件,直到2008年,全球蒸发蒸腾量的增加好像停止了。而这种改变主要是受到南半球,尤其是非洲和澳大利亚水分限制的影响,这些地区的微波卫星观测显示,土壤水分从1998年到2008年一直在下降,土壤水分减少又进一步限制了蒸发蒸腾作用,这在很大程度上解释了近年来全球地面蒸发蒸腾总量呈下降趋势的原因。而为什么南半球陆地表面越来越干燥,以及这种趋势是否会持续下去目前还不清楚。

  直到1997年,全球陆地表面的水蒸发量每年大约增加120立方千米,此后这个趋势显著减缓。对此,马克斯普朗克研究所分析数据的马丁· 荣格表示:“由于在同一时间内大气温度略有升高,我们非常惊讶水蒸发量增速的减缓。”因为众所周知,温暖的空气可以容纳更多的水分,气候研究人员至今仍假定地球越温暖蒸发的水越多。但是,这也许只在有限的区域适用,因为1998年至2008年间,特别是在澳大利亚、非洲东部和南美,情况刚好相反。

  全球土壤水分蒸发蒸腾作用原本不断加剧,到1998年之后却几乎突然停止增长并持续了10多年,是否能肯定就是厄尔尼诺事件所诱发的?这种改变只是气候自然变化的一种典型表现,还是反应了地面水循环在长期内的重建?劳说,要进一步确定是什么原因造成了这种转变,还需要长期持续地观察,水循环方面的观测数据是最关键的评估标准。目前一个可能是,在全球水平上地表水文循环的加速期已经到来。

  水循环加快将带来严重后果

  如果真是这样,后果将是严重的。如果气候变化经历蒸发蒸腾的转变,进入水循环加快的时期,将直接影响到生态系统服务及反馈机制的作用。蒸发蒸腾的转变可能已经出现,这个时期包括陆地植物生长减慢、碳吸收减少、由蒸发蒸腾作用带来的自然冷却机制减弱,地表会变得更热,将会产生更强烈的热浪,由此进一步加剧全球变暖。包括非洲东南部、澳大利亚大部分地区、印度中部、南美洲大部分和印度尼西亚等一些地区将会遭遇最严重的干旱。

  植物光合作用的强度以及相应的成长情况首先取决于它们是否有足够的水供应。如果南半球的土地干旱状况继续下去,那么不仅仅对当地岌岌可危的农业是毁灭性的,植物生长减慢以及水供应减少还将导致通过光合作用吸收的二氧化碳更少,从而加剧温室效应。此外,具有降温作用的蒸发减少后,可能有些地区陆地表面温度会更高。