Nature Climate Change | 土壤极端高温可能超过极端气温
土壤极端高温可能超过极端气温
摘要
Quantifyingchangesinhottemperatureextremesiskeyfordevelopingadaptationstrategies.Changesinhotextremesareoftendeterminedonthebasisofairtemperatures;however,hydrologyandmanybiogeochemicalprocessesaremoresensitivetosoiltemperature.Hereweshowthatsoilhotextremesareincreasingfasterthanairhotextremesby0.7 °CperdecadeinintensityandtwiceasfastinfrequencyonaverageoverCentralEurope.Furthermore,weidentifysoiltemperatureasakeyfactorinthesoilmoisture–temperaturefeedback.Duringdryandwarmconditions,theenergyabsorbedbythesoilisusedtowarmthesoil,increasingthereleaseofsensibleheatfluxandsurfaceairtemperatures.Thisincreaseinsurfaceairtemperatureleadstoahigheratmosphericdemandforwater,increasingsoilevaporation,whichmayfurtherdryandwarmthesoilhighlightingthecontributionofsoilmoisture–temperaturefeedbacktotheevolutionofhotextremesinawarmingclimate.
量化极端高温的变化是制定适应战略的关键。极端高温的变化通常根据气温来确定，然而水文和许多生物地球化学过程对土壤温度更为敏感。在这里，我们发现在中欧地区，土壤极端高温的强度比空气极端高温增加速度快0.7°C/十年，平均频率快两倍。此外，我们还发现土壤温度是土壤湿度-温度反馈的关键因素。在干燥和温暖的条件下，土壤吸收的能量被用来加热土壤，增加了感热通量的释放和地表气温。地表气温的升高导致大气对水的需求增加，从而增加了土壤蒸发，这可能会进一步使土壤干燥和变暖，凸显了土壤湿度-温度反馈对气候变暖条件下极端高温演变的贡献。
正文
图1 基于1996-2021年欧洲空气和土壤温度的TX7d趋势。a-c，从左到右，基于空气（TX7dAir）和土壤温度（TX7dSoil）的TX7d趋势，土壤和空气趋势绝对值之差（Abs.TX7dSoil -TX7dAir），以及两个趋势均为正值时的趋势之差（Incr.TX7dSoil -TX7dAir）。TX7d指数的定义是每年最热一周的日最高气温平均值。结果来自气象站（a）、CMSAF卫星数据和地球观测数据（E-OBS网格数据集）（b）以及 ERA5Land 再分析（c）。圆点表示具有高于90%置信度的重要趋势的区域。
图2 土壤湿度-温度反馈中的土壤温度。在潮湿和温暖的条件下，净辐射主要以潜热（LE）的形式从土壤中释放出来。这一过程会降低土壤温度（TSoil），增加云量（CF），导致降水量（P）增加，从而进一步增加土壤湿度（SM）。在干燥和温暖的条件下，净辐射主要用于提高土壤温度（TSoil），增加感热（H）和地热通量（G），而LE则受到SM的限制。H释放到大气中会提高本地和/或远处的空气温度（TAir），导致蒸汽压力不足（VPD）。高VPD会增加对LE的需求，使土壤进一步干燥和升温。+（-）符号表示直接（反向）关系，箭头表示反馈方向。
图3 夏季土壤向大气释放热量的天数百分比。a，在极端气温条件下，土壤最高温度（TSoil）高于空气最高温度（TAir）的天数百分比，以1.5°C升温水平下CMIP6模型的多模型平均值及其与2.0°C 和3.0°C 升温水平的差值表示。b，c1990-2100年欧洲中西部（b）和中东部（c）（见a中的矩形）平均TSoil>TAir的天数百分比。
引用方式
García-García,A.,Cuesta-Valero,F.J.,Miralles,D.G.etal.Soilheatextremescanoutpaceairtemperatureextremes.NatureClimateChange(2023).https://doi.org/10.1038/s41558-023-01812-3.