STEAR团队在降雨日变化对森林生态系统的影响研究中取得重要进展（2023-10）

近日，我院STEAR团队与清华大学地球系统科学系王勇副教授团队合作，在降雨日变化对陆地生态系统蒸散发(ET)和总初级生产力(GPP)的影响研究中取得重要进展，研究成果以“Prominent Impact of Diurnal Rainfall Variations on Evapotranspiration and Gross Primary Productivity in Forests over Low Latitudes”为题，发表在农林与气象研究方向的国际著名期刊Agricultural and Forest Meteorology上。该论文以福建师范大学为第一署名单位，杨梦淼副教授为第一作者，柳竞先教授为通讯作者，研究得到国家重点研发课题的资助。

全球气候变化导致水循环不断加剧，虽然这并未引起全球降雨多年平均态的变化，但却引发全球降雨变率的时空格局变化。可以预见的是，本世纪人类将会迎来更多的极端强降水事件。因此，大量有关极端降水对陆地生态系统影响的研究应运而生。陆地生态系统蒸散发（ET）和总初级生产力（GPP）作为碳、水循环的重要环节，在此类研究中已被广泛讨论。当前已有研究着重于探讨在不同生态系统中，降水变率（强度、频率、季节和年际变化）对陆地生态系统ET和GPP的影响。然而众所周知的是，即使是同一生态系统，降水日变化可能会存在巨大差异，同时会引起相关气象条件的变化，而这样的日内变化对ET和GPP的影响程度仍是未知。

为回答上述问题，本研究选取全球通量观测网络FLUXNET2015中14个低纬度森林站点为研究对象，基于站点观测的气象和通量数据，分析降雨日变化，包括降雨时间、频率和分布均衡性，对ET和GPP的影响，并理解其背后的调控机制。其中，降雨量日内分布的均衡性利用UGi这一指标来巧妙地表达。研究发现，降雨的日内变化对GPP和ET日总量存在显著影响，在日降雨总量不变的前提下，具体可总结为如下几条规律：1) 更多的白天降雨（频率更高或强度更强），特别是接近正午的降雨，将会减少GPP和ET的日总量； 2) 日内降水越不均衡分布且远离正午发生（UGi大值），GPP和ET的日总量将会越大；3) GPP和ET对UGi的响应敏感性高达0.6，是降雨时间和频率的两倍。降水发生时刻，太阳辐射、温度和大气水汽亏缺会随之下降，进而导致ET和GPP日总量的降低。降雨日内变化特征及其引起的气象因子的变化可系统影响GPP和ET的日变化情况。

本研究结果强调了降水日变化对生态系统带来的显著影响，在未来极端强降水不断增多的情景下，降水日变化与其他降水变率一样值得受到重视。未来的观测和模式研究中都应更加关注降水日变化对生态系统带来的重要作用。本研究的发现，使得我们对大气和陆地生态系统之间的交互过程有了更进一步的理解，为今后研究陆地生态系统对气候变化的响应提供理论依据

论文链接：https://authors.elsevier.com/c/1hr4ccFXJggUI

图1 研究选取的14个全球35˚N-35 ˚S之间的森林通量塔站点。其中，不同的颜色表示Köppen气候分类。

图2 各类气象因子随日总降雨量和降雨日变化特征的变化情况，气象因子包括短波辐射（SR，左列）、气温（T_a，第二列）和大气水汽亏缺（VPD，右列），降雨日变化特征包括（a）白天降水比例（Frc）,（b）降水极值时刻（hr_peak），（c）白天降水频率（Freq）和（d）日内降水分布均衡性(UGi)。

图3 概念图，表达降雨时间、频率和分布均衡性变化引起的气象因子变化，以及随之而来的GPP和ET日总量的变化。向上的箭头表示增加，反之表示减少。正、负号分别表示增加和减少。