根据对卫星数据的新分析，一组研究人员发现，增加骤发干旱风险的水文条件比目前模型预测的发生频率更高。10月27日发表于《自然气候变化》的这项研究还显示，将植物如何改变土壤结构纳入研究中可以改善地球系统模型。
植物作为连接天地之间的物理纽带，在塑造地球的天气和气候方面发挥着重要作用。这项研究中，来自斯坦福大学、加州大学欧文分校和俄亥俄州立大学的作者团队，揭示了对植物内部运作的深入探究可能有助于改善对一些毁灭性全球灾难的模型预测。
骤发干旱发展迅速，且在几个星期里就耗尽可用水资源，其与蒸发散（又称蒸散或蒸散量）的变化有关。蒸发散是植物将水分从根部转移到空气中的过程。牵头该研究的斯坦福团队表示，发生蒸发散的水有时被认为是“损失”到大气中，因而准确计算这种损失对于理解对水资源和生态系统的影响至关重要。
通过分析降水和地下水分的卫星数据，该研究作者团队计算了2003年至2020年全球发生的干旱期间蒸发散的变化。该研究揭示了蒸发散在这些毁灭性事件中所起作用的更多细节。“当水资源已经有限时，蒸发散会继续使水分流失得更快——这将使干旱在更短时间里变得更加严重，”该论文首席作者、斯坦福大学地球系统科学博士后研究员Meng Zhao说。“我们在预测骤发干旱方面面临一个非常大的挑战，对水分损失的低估或许是这种预测的一个主要障碍。”
迅速发生和加剧的干旱会影响脆弱社区并破坏粮食生产。为了使模型得到改进，该团队说他们需要在蒸发散过程中纳入一个隐匿的因素：植物如何改变其根部周围土壤的结构和路径。“我们发现，模型误差似乎可以用植物改变颗粒在土壤中的排列方式来解释，”该论文资深作者、斯坦福大学地球系统科学助理教授Alexandra Konings说。“由于土壤的这些变化，水在土壤中的流动也发生了变化，从而改变了植物可以吸收和蒸发的水分的地点和量。”
植物对干旱的反应具有广泛的变化性。叶子上被称为气孔的释放水分的微小的孔可以关闭，但并非所有植物都能同样地或以相同的速度关闭气孔。在干旱期间，干燥的大气有更大能力通过蒸发散将水从土地中抽走，导致蒸发散增加——但如果气孔足够闭合，相对于非干旱时期，会减少蒸发散。
“植物的运作方式如此多样，在模型中很难完全理解、预测和量化，”Konings说。“而且不幸的是，如果这种蒸发散的增加比我们意识到的更频繁发生，它就会加剧干旱的影响；土壤中的水甚至比我们意识到的更少，因为更多的水流失到大气中。”
目前的地球系统模型显示，在气孔更加打开的情况下，在干旱期间约有25%的时间发生蒸发散的增加。但根据该研究的最新估计，这一概率时间约为45%。“在气候相对干燥和生物量较低的地区，这种低估尤其严重，”该团队写道。
该团队将出自重力回溯及气候实验(GRACE)卫星对水资源储存的观测数据与出自全球降水气候学计划（GPCP）的降水数据结合起来，计算出全球各地的蒸发散测量值。某一特定地点的特定干旱是否会导致高蒸发散——并有可能发展成骤发干旱——取决于一系列因素。作者们发现，干燥的土壤是一个关键的控制因素。他们进一步发现，目前的模型没有考虑到根系对水分在土壤中如何流动的影响。这导致了土壤干燥模型模拟的误差，并因此导致了蒸发散的误差。
“我们知道模型有问题，但我真的对它们的偏差感到惊讶，”Konings说。该研究的结果表明，需要改进土壤水分对蒸发散的影响、土壤结构对水分转移的影响以及植物性状的模型表示，以了解当前和未来的水资源。虽然该团队没有计算这些新的蒸发散测量可能如何影响未来的气候情景——预计将带来更频繁和更严重的干旱——但他们说这些发现应该可以很容易转移到其他模型。并且由于是基于卫星数据，该研究不需要实地资源。
“你可以清楚地看到，模型低估了干旱和半干旱地区在干旱期间的蒸发散增加，”Zhao说。“这意味着我们对这种现象的理解在那些已经遭受环境不公平问题的地区尤其贫乏——我认为我们的研究能够有助于增进这些已经缺水地区的知识。”
（文/牛静美）
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