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PNAS:美学者揭示亚马逊南部热带雨林对湿季的触发机制

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摘要 : 2017年7月21日,国际著名学术期刊《美国科学院院刊》在线发表了美国加州大学洛杉矶分校付容教授研究组和清华大学地球系统科学系乔纳森·怀特(Jonathon Wright)副教授合作题为“亚马逊南部热带雨林触发湿季的开始”(Rainforest-initiated wet season onset over the southern Amazon)的论文。

2017年7月21日,国际著名学术期刊《美国科学院院刊》在线发表了美国加州大学洛杉矶分校付容教授研究组和清华大学地球系统科学系乔纳森·怀特(Jonathon Wright)副教授合作题为“亚马逊南部热带雨林触发湿季的开始”(Rainforest-initiated wet season onset over the southern Amazon)的论文。研究首次以观测证据证明了热带雨林蒸腾作用在触发南美洲的干湿季转换中发挥着核心作用,而非仅仅响应降雨的季节性周期。乔纳森·怀特副教授是该论文的第一作者,付容教授为该论文的通讯作者。

热带雨林的健康状况取决于降雨量和干季长度。在亚马逊南部地区,降水量和干季长度均趋近于维持热带雨林健康的临界点。农业扩张和干季变长使得该地区热带雨林在气候变化面前十分脆弱,引发了人们对超越临界点后热带雨林生存的担忧。由于亚马逊热带雨林对全球生物多样性、碳循环和大气水循环都至关重要,这个临界点不仅威胁到局部的生态系统和农业发展,而且还会在其他方面严重地损害全球系统。而过去十五年间反复出现的极端干旱也增加了人们理解该地区降雨季节变化背后根本原因的迫切性。

研究汇集了气候动力学、卫星遥感、气候模式和大数据分析领域的研究人员组成的国际研究团队来回答以下问题:亚马逊南部的热带雨林在降雨季节性周期中是主动还是被动的参与者?尽管已有模式模拟表明是热带雨林蒸腾作用触发了湿季的开始,但是相应的观测证据不够充分,关键的机制也不明确。在该研究中,一系列的独立卫星观测数据为热带雨林蒸腾作用触发亚马逊南部的湿季的开始这一观点提供了明确的证据(如图1所示)。卫星观测到的热带雨林上空水汽同位素成分是揭示这一结论的关键信息。这些同位素比值如同“指纹”一样将热带雨林的蒸腾作用与海洋的蒸发作用的贡献区分开。卫星观测的其它辅助数据还揭示了热带雨林蒸腾作用是通过浅对流云到达大气,而不是之前普遍认为的通过深对流风暴的途径。这些浅对流云和混合空气为强风暴的发展提供了条件,有效地维持了湿季强降雨。

研究获得的新发现在促进亚马逊南部雨林地区的可持续发展方面为决策者提供了十分有价值的信息,也为气候科学家改进该地区的气候模式提供了指导。气候模式尤其是全球模式难以对热带雨林蒸腾作用和浅对流过程进行准确的模拟。热带雨林蒸腾作用和浅对流过程在触发湿季开始中的核心作用表明:预测该地区未来气候演变模型的能力可由其模拟热带雨林蒸腾作用和浅对流过程的水平来判断。

PNAS:美学者揭示亚马逊南部热带雨林对湿季的触发机制
图1 亚马逊南部地区干湿季转换。

原文链接:

Rainforest-initiated wet season onset over the southern Amazon

原文摘要:

Although it is well established that transpiration contributes much of the water for rainfall over Amazonia, it remains unclear whether transpiration helps to drive or merely responds to the seasonal cycle of rainfall. Here, we use multiple independent satellite datasets to show that rainforest transpiration enables an increase of shallow convection that moistens and destabilizes the atmosphere during the initial stages of the dry-to-wet season transition. This shallow convection moisture pump (SCMP) preconditions the atmosphere at the regional scale for a rapid increase in rain-bearing deep convection, which in turn drives moisture convergence and wet season onset 2–3 mo before the arrival of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ). Aerosols produced by late dry season biomass burning may alter the efficiency of the SCMP. Our results highlight the mechanisms by which interactions among land surface processes, atmospheric convection, and biomass burning may alter the timing of wet season onset and provide a mechanistic framework for understanding how deforestation extends the dry season and enhances regional vulnerability to drought.

doi:10.1073/pnas.1621516114

作者:付容 点击:

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