8月15日发表于《自然·通讯》的一项研究结果表明，受温室气体排放加剧的影响，土壤湿度与大气的耦合作用将加速全球变暖的进程。复旦大学大气与海洋科学系的博士后乔梁和左志燕教授为该论文的共同第一作者，左志燕教授和张人禾院士为共同通讯作者。
图1 土壤湿度-大气耦合对地表气温的影响的空间分布情形
在全球变暖的影响下，受“气候变暖-土壤变干”反馈的影响，土壤湿度与大气的耦合更为紧密，该耦合作用将导致全球绝大部分陆地增暖，进而对全球变暖产生加速作用。土壤湿度与大气的耦合的增温效应贡献了近20年陆表增温的20%以上，是近40年全球变暖加速的重要原因之一。未来气候预估结果表明到21世纪末，在温室气体排放不受限制的情景下（SSP5-8.5），由土壤湿度-大气耦合驱动的热带外大陆升温将超过0.5℃，部分地区甚至超过2.0℃，并使得全球发生极端高温的可能性增加约10%，北美和欧洲等陆-气耦合热点地区则将增加30%以上。而在严格限制温室气体排放的情景下（SSP1-2.6），土壤湿度-大气耦合作用导致的增暖相比则弱很多，但依然比历史时期强。这证明了土壤湿度-大气耦合对气候变化的高度敏感性，并在全球非线性增暖中起到一个加速器的作用。
图2 在高、低排放情景下，土壤湿度-大气耦合驱动下地表气温的时间序列
土壤湿度-大气耦合使得地表气温增加的机制主要受全球变暖导致土壤变干的影响，这将使得蒸散发减小，减少的蒸散发一方面让地表能量更多由潜热转为感热，感热通量的增加将直接表现为地表气温增大；另一方面蒸散发的减少将使得近地层水汽和成云减少，使得对太阳辐射的遮挡效应减弱，短波透射率增大，更多太阳辐射到达地表，增强地表加热大气的能力。尤其在温室气体排放不受限制的情景下，土壤湿度的变干趋势将加剧，导致更为严重的蒸散发减弱，土壤湿度与蒸散发的相关性也将大幅增加，由此加速该反馈机制导致的增暖效应。这一反馈机制导致的增暖在干-湿气候过渡带的陆-气耦合热点地区最为严重。
图3 土壤湿度-大气耦合对极端高温的影响
因此，决策者必须提早实施与土壤湿度-大气耦合增暖作用相对应的气候变化政策，以此来降低全球变暖导致的极端气候灾害事件的风险。决策者还应当考虑将维持稳定的生态系统作为保持土壤湿度（减缓其变干趋势）的气候政策和工具，从而减缓因土壤湿度-大气耦合导致全球变暖的加速作用。
图4 土壤湿度和蒸散发之间的关系
本研究受国家重点研发计划项目“北极海-冰-气系统和热带海-气系统的相互作用及其与全球变暖的联系”（2022YFF0801703），以及国家自然科学基金项目（41822503和42175053）的资助。
图5 土壤湿度-大气耦合对各陆面要素的影响
论文信息：
Qiao, L., Zuo, Z., Zhang, R. et al. Soil moisture–atmosphere coupling accelerates global warming. Nat Commun 14, 4908 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-40641-y
