土壤水分驱动着土地碳吸收量的逐年变化

地球的陆地生态系统吸收了人类活动产生的所有二氧化碳排放量的很大一部分，从而帮助减缓了全球变暖的速度。在给定年份，植物和土壤平均每年吸收或修复约30%的人类排放物。但是从一年到下一年，这个数字可能高达40%或低至20%。气候科学家的目标是精确查明造成这种变化的原因，以便他们能够对此作出解释，并创建最准确的模型来预测未来的气候。

但是，在气候建模界内部，对于到底是什么造成了这种所谓的年际变化的原因，存在着大量的争论。一侧认为，这些变化主要是由大气特性，例如地表附近的温度和空气湿度所驱动。另一个说土壤湿度更重要。

由加州理工学院领导的一项新研究发表在4月1日的《自然》杂志上，解决了这一争论，该研究表明，就土地生态系统吸收的二氧化碳而言，土壤水分的确在驾驶员的座位上。但是，研究还得出结论，土壤中的水分含量会影响地表附近的温度和湿度，进而影响植物的固碳能力。

加州理工学院前博士后学者，新论文的主要作者文森特·汉弗莱(Vincent Humphrey)说：“土壤水分是驱动力，温度和湿度是决定因素。”

为了分析土壤水分的重要性，研究人员使用气候模型进行了模拟，该模型完全整合了有关地球土地，海洋和大气的已知信息。他们模拟了两个不同的世界：一个地球条件正常的参考行星，以及一个从未经历过极端土壤水分(没有干旱也没有洪水)的假设世界。在参考模拟中，他们看到了土地上碳吸收量随时间变化的预期变化。但是在假设世界的情况下，逐年变化基本上消失了。当研究人员从未允许土壤湿度出现异常时，植物总是会固定大约相同比例的人类排放量。

汉弗莱说：“这里有一支抽烟的枪。” “我们可以充满信心地说，土壤水分在逐年变化中起着举足轻重的作用，我们认为这是土地吸收的碳量。”

但是研究人员还意识到，在没有干旱或洪水的假设世界中，温度升高或湿度降低的事件要比参考事件少得多。他们发现，这是由于一系列称为陆-气反馈的过程所致，当时土地特征强烈地控制着地球表面附近的大气。

为了理解这一点，汉弗莱建议您考虑一下当您走进公园里的一小群树木并感到温度立即下降的时候。发生这种情况是因为树木通过蒸腾作用的蒸发过程释放了大量的水。这将太阳的能量导向蒸发掉的水，而不是让它加热周围的环境。在干旱期间，当周围没有足够的水供植物蒸腾时，更多的阳光能量会进入加热和干燥的状态。

论文的共同作者，加州理工学院环境科学与工程学教授，喷气推进实验室的研究科学家克里斯蒂安·弗兰肯伯格说：“我们的结果表明，土壤水分由于这些陆地-大气反馈而严重影响了近地表温度和大气湿度。”由加州理工学院为NASA管理。他补充说，该研究发现，如果土壤干燥，则极端事件(例如热浪)将变得更加有害，因为植物无法完成土地表面的增湿和降温工作。他说：“如果土壤水分充足，这将减轻一些极端事件的发生。”

这些土地-大气反馈对全球碳吸收的影响非常重要，令科学家感到惊讶。事实证明，改变土壤水分的直接影响仅占年际变化的约四分之一。温度和空气湿度变化的结果是间接产生了令人惊讶的75%。这意味着在干旱期间，植物无法固定碳的原因不是很多，这是因为土壤中的水分较少，主要是因为干旱导致大气很快变得更热和更干燥。

汉弗莱说：“这最终调和了我们领域内人们的不同观点。” “直到您知道土壤水分影响了温度，这就是为什么您看到两者都起作用的原因，您才感觉结果之间存在冲突。这最终使辩论变得冷静。每个人都是正确的。”

新的《自然》杂志的标题为“土壤水分-大气反馈主导着土地碳吸收的变异性”。

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