图 全球径流变化机理和归因
在国家自然科学基金项目（批准号：41991230）等资助下，北京师范大学地理科学学部周沙研究员等人在大气CO2浓度升高背景下全球径流变化机理和归因方面取得研究进展。研究成果以“陆面变化主导预估的全球径流增加（Projected increase in global runoff dominated by land surface changes）”为题，2023年4月17日在线发表于《自然·气候变化》（Nature Climate Change），论文链接：https://www.nature.com/articles/s41558-023-01659-8。
大气CO2浓度升高通过辐射强迫效应改变大气能量平衡以及热力学和动力学过程，引起气候变化进而直接影响陆面蒸散发和径流。大气CO2浓度升高也会直接影响植被生理生态过程，导致植被叶片气孔导度降低和叶面积增加，两者分别减少和增加植被蒸腾耗水进而影响径流。此外，气候变化和植被变化也会通过陆-气相互作用间接影响径流。由于陆-气过程对全球径流变化的复杂影响，全球径流变化归因一直存在较大争议：基于Budyko假设的经验方法表明CO2植被生理效应主导全球径流增加趋势，而地球系统模型实验方法表明CO2辐射强迫效应主导全球径流增加趋势。
该研究团队通过将经验和模拟方法相结合，构建基于Budyko假设-地球系统模型实验的综合归因分析方法，量化CO2辐射强迫和植被生理效应对全球径流变化的直接和间接影响。研究发现，陆面过程（如植被和土壤水变化等）对大气CO2浓度升高和气候变化的响应表现协同作用，两者均促进全球径流增加。气候变化对全球径流变化的影响存在抵消效应：（1）空间抵消——不同地区气候变化增加或减少径流；（2）机理抵消——气候变化直接增加径流而陆面过程对气候反馈间接减少径流。该研究通过揭示陆-气相互作用过程对全球径流变化的影响机理，证明陆面过程主导全球径流增加趋势，解决了基于Budyko假设 的经验方法和基于地球系统模型的实验方法在全球径流变化归因方面的争议。