近日，中国科大地球和空间科学学院和火灾科学国家重点实验室李锐教授团队在森林蒸散发对云降水变化响应研究方面取得重要进展，相关研究成果以“Understanding the non-linear response of summer evapotranspirationto clouds in a temperate forest under the impact of vegetation water content”为题发表在Nature Index期刊《Journal of GeophysicalResearch- Atmospheres》。本文第一作者为大气专业王怿璞博士后，李锐教授为通讯作者。该研究受到国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划课题、国家自然科学基金贝尔蒙特论坛国际合作项目等重大项目，以及国家自然科学基金青年基金的资助。

森林蒸散发（ET）是陆地水能循环的关键环节之一。云作为地气系统重要的中间物质，其变化显著改变地表入射的太阳辐射和温湿度环境，该过程对森林ET过程产生重要影响。植被含水量（VWC）作为ET的直接水分供应，其变化往往影响森林水分胁迫和新陈代谢。在不同植被含水量条件下，森林ET对云和辐射的响应过程往往存在差异，但由于观测手段的不足，目前难以在森林冠层尺度上开展该方面的研究，尚不清楚在变化的云量和植被含水量情况下不同环境因子和生物因子如何作用于ET。

图1：不同植被含水量条件下（a）净辐射（b）蒸散比（c）冠层阻抗（d）蒸散发随云量增多的响应。

对此，本研究利用课题组自主研发的卫星微波植被含水量指数（EDVI）指示冠层尺度上的森林VWC，同时结合2003-2010年地基站点的长期实测数据，对中国东北的温带长白山森林夏季ET对云变化响应进行了较为系统的研究。研究表明：从晴空到少云，ET 具有4%–10%的增强效应，而在多云情况，ET显著减少超过20％，该非线性响应在不同VWC情况下均存在（图1）。分析发现，云引起的蒸散比(EF) 的增强 (5%–30%) 和净辐射的减少 (5%–50%) 直接导致了ET的非线性响应（图1）。进一步通过基于结构方程的路径分析模型对各环境和生物因子的影响程度进行了解耦分析，结果表明：在少云情况下，增强的 EF主导了 ET 增强（图2a，b），而在多云情况下显著减少的净辐射主导了ET的降低并且无法通过增强的 EF来补偿（图2c，d）。与此同时，云下 EF的增强与冠层阻抗 (Rs) 的下降密切相关，而Rs的下降主要是被大气水分亏缺（VPD）降低所主导。VWC变化对上述过程有显著影响：较高的 VWC 通过降低 Rs 和扩大 EF 来增强 ET，这种正效应在少云天气下更为明显。相关机制可能与 VWC 和云变化引起的植物生理和环境条件的动协同控制有关。该项研究强调了云和植被含水量对森林蒸散发的动态影响，提高了我们对植被-云相互作用的认识。

图2：基于通径分析的不同环境和生物因子对蒸散发的相对贡献。（a）晴空少云和低植被含水量条件；（b）晴空少云和高植被含水量条件；（c）中等多云和低植被含水量条件；（d）中等多云和高植被含水量条件。

文章链接： https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021JD035239

Wang, Y., Li, R.*, Hu, J., Fu, Y.,Duan, J., Cheng, Y., and Song, B.，2021：Understanding the non-linear response of summer evapotranspirationto clouds in a temperate forest under the impact of vegetation water content.Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 126, e2021JD035239