全球极端降水的热力学驱动机理及生态水文效应

作     者：尹家波 郭生练 王俊 陈杰 张权 顾磊 杨妍 田晶 熊立华 张尧 Yin J;Guo S;Wang J;Chen J;Zhang Q;Gu L;Yang Y;Tian J;Xiong L;Zhang Y

作者机构：武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 华中科技大学土木与水利工程学院武汉430074 中国测绘科学研究院自然资源部测绘科学与地球空间信息技术重点实验室北京100830 北京大学城市与环境学院北京100871 

出 版 物：《中国科学：地球科学》 (Scientia Sinica(Terrae))

年 卷 期：2023年第53卷第1期

页      面：96-114页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 08[工学] 081501[工学-水文学及水资源] 0815[工学-水利工程] 0706[理学-大气科学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(批准号:52009091) 中央高校基本科研业务费专项项目(编号:2042022kf1221)资助 

主　　题：气候变化 极端降水 热力学 生态系统 碳收支 

摘      要：全球变暖改变了气候系统的热力和动力环境,影响了陆地圈与大气圈的生物地球化学循环过程,对极端降水及陆地碳收支产生显著影响.现有研究发现极端降水一般呈Hook气候响应结构,但较少分析其形成机理,也未能量化降水对生态系统生产力的影响,不利于科学评估未来极端气候灾害及潜在生态风险.为了揭示全球极端降水的热力学驱动机理及生态水文效应,文章结合十余套卫星遥感、大气再分析、气候模式、陆面模式、机器学习重构和通量站观测数据集,评估了水-热-碳通量对极端降水的反馈效应,通过大气热力和动力机制的降水效应解释了Hook结构形成机理;基于ISIMIP3b框架下5个全球气候模式集合,预估了未来Hook结构迁移路径及其对极端降水的影响,最后结合CLM4.5陆面模式探讨了气候变化下降水的碳收支效应.研究发现,极端降水事件往往伴随着剧烈的水-热交换,降水与生态系统生产力及碳收支过程存在非线性响应关系;全球大多数地区极端降水强度上升、历时缩短,三维降水事件更趋集中;大气动力作用是形成Hook结构的关键因素,但该结构并不稳定,未来随全球变暖发生动态迁移,可能导致本世纪末极端降水强度增长10~40%;较充沛的降水有助于生态系统固碳,气候变化下碳收支对降水的响应特征较为稳定.