【SDG中心“两计划一基金”项目系列成果（四）】全球土壤水分时空变化特征及影响机制研究取得进展
近日，SDG中心“两计划一基金”资助项目在全球土壤水分时空变化特征及影响机制方面取得重要进展，相关成果以SDG中心为第一资助发表于《Remote Sensing of Environment》，空天院硕士生彭晨晨为论文第一作者，曾江源副研究员为通讯作者。
土壤水分(Soil Moisture, SM)变化是陆地水循环的重要表征和驱动因素，对于陆地蒸散发、降雨、汇流、产流过程的空间分布与强度具有重要影响，进而影响到水资源与粮食安全、干旱与洪涝灾害、水土流失与生态退化等一系列与可持续发展相关的重要问题。论文系统分析了21世纪初全球范围内SM的时空变化特征及其潜在影响因素(降水、温度、植被、地表类型、土壤质地和地形条件等)，并进一步从SM的角度评估了21世纪以来“干的地方更干，湿的地方更湿”(DDWW)范式的有效性。
图1. 2000-2021年全球SM与降水、表层土壤温度和LAI之间最强偏相关系数的空间模式(p值< 0.05)
论文计算了去趋势后各变量之间的偏相关性，取绝对值最大为最强偏相关。SM与降水、温度和LAI波动之间最强偏相关的网格比约为4.3:1:2.3, 表明在全球范围内，降水对SM变化的相对影响最强，其次是植被、温度。结合SM空间分布发现在SM相对较高的地区，降水具有主要的增湿作用，而在SM相对较低的地区，降水和植被均对SM有主要的积极影响。
图2. SM在不同地表覆盖类型下的(a)变化趋势以及(b)分别与降水、土壤温度和LAI 的偏相关性
系统分析了SM的变化趋势及其对气候和植被的响应受不同环境变量的影响。例如对于全球六大类地表覆盖类型，灌木丛的总体变干趋势最强，并主导了南半球以及北半球高纬度SM的减少。供水效率较高的农田，SM再分配活动活跃的森林(不包括被掩膜的热带雨林)均表示出总体变湿趋势。植被在裸地、草原和农田表现出对SM较强的积极影响，而在植被较为茂密的森林影响较弱。温度在裸地和森林对SM变化的影响较小，这与前者土壤储水能力差，SM含量低，后者具有特殊的生态系统特征有关。
图3. 2000-2021年以SM为视角的全球“DDWW”范式有效性评估
“干的地区更干，湿的地区更湿”(DDWW)范式在陆地上的有效性仍受到质疑。以SM为视角，该范式概括了41.06%的SM发生显著变化的地区。可以认为DD(22.19%)模式概括了干旱区的总体变化，因为其比DW模式的网格占比(6.00%)高得多。但是在湿润区，WW(18.87%)和WD(15.73%)模式的网格占比差异小。进一步讨论了每种模式的可能驱动因素，发现降水的增加和减少分别是驱动变湿(WW, DW)和变干(DD, WD)模式的关键因素；在湿润区，SM明显受到温度上升的负面影响；而在湿润区和干旱区，植被的保水作用对SM总体上有积极影响。
文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0034425723001207
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