地球的陸地生態(tài)系統(tǒng)吸收了人類活動(dòng)產(chǎn)生的所有二氧化碳排放量的很大一部分，從而幫助減緩了全球變暖的速度。在給定年份，植物和土壤平均每年吸收或修復(fù)約30%的人類排放物。但是從一年到下一年，這個(gè)數(shù)字可能高達(dá)40%或低至20%。氣候科學(xué)家的目標(biāo)是精確查明造成這種變化的原因，以便他們能夠?qū)Υ俗鞒鼋忉?，并?chuàng)建最準(zhǔn)確的模型來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的氣候。

但是，在氣候建模界內(nèi)部，對(duì)于到底是什么造成了這種所謂的年際變化的原因，存在著大量的爭(zhēng)論。一側(cè)認(rèn)為，這些變化主要是由大氣特性，例如地表附近的溫度和空氣濕度所驅(qū)動(dòng)。另一個(gè)說(shuō)土壤濕度更重要。

由加州理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究發(fā)表在4月1日的《自然》雜志上，解決了這一爭(zhēng)論，該研究表明，就土地生態(tài)系統(tǒng)吸收的二氧化碳而言，土壤水分的確在駕駛員的座位上。但是，研究還得出結(jié)論，土壤中的水分含量會(huì)影響地表附近的溫度和濕度，進(jìn)而影響植物的固碳能力。

加州理工學(xué)院前博士后學(xué)者，新論文的主要作者文森特·漢弗萊(Vincent Humphrey)說(shuō)：“土壤水分是驅(qū)動(dòng)力，溫度和濕度是決定因素。”

為了分析土壤水分的重要性，研究人員使用氣候模型進(jìn)行了模擬，該模型完全整合了有關(guān)地球土地，海洋和大氣的已知信息。他們模擬了兩個(gè)不同的世界：一個(gè)地球條件正常的參考行星，以及一個(gè)從未經(jīng)歷過(guò)極端土壤水分(沒有干旱也沒有洪水)的假設(shè)世界。在參考模擬中，他們看到了土地上碳吸收量隨時(shí)間變化的預(yù)期變化。但是在假設(shè)世界的情況下，逐年變化基本上消失了。當(dāng)研究人員從未允許土壤濕度出現(xiàn)異常時(shí)，植物總是會(huì)固定大約相同比例的人類排放量。

漢弗萊說(shuō)：“這里有一支抽煙的槍。” “我們可以充滿信心地說(shuō)，土壤水分在逐年變化中起著舉足輕重的作用，我們認(rèn)為這是土地吸收的碳量。”

但是研究人員還意識(shí)到，在沒有干旱或洪水的假設(shè)世界中，溫度升高或濕度降低的事件要比參考事件少得多。他們發(fā)現(xiàn)，這是由于一系列稱為陸-氣反饋的過(guò)程所致，當(dāng)時(shí)土地特征強(qiáng)烈地控制著地球表面附近的大氣。

為了理解這一點(diǎn)，漢弗萊建議您考慮一下當(dāng)您走進(jìn)公園里的一小群樹木并感到溫度立即下降的時(shí)候。發(fā)生這種情況是因?yàn)闃淠就ㄟ^(guò)蒸騰作用的蒸發(fā)過(guò)程釋放了大量的水。這將太陽(yáng)的能量導(dǎo)向蒸發(fā)掉的水，而不是讓它加熱周圍的環(huán)境。在干旱期間，當(dāng)周圍沒有足夠的水供植物蒸騰時(shí)，更多的陽(yáng)光能量會(huì)進(jìn)入加熱和干燥的狀態(tài)。

論文的共同作者，加州理工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)教授，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究科學(xué)家克里斯蒂安·弗蘭肯伯格說(shuō)：“我們的結(jié)果表明，土壤水分由于這些陸地-大氣反饋而嚴(yán)重影響了近地表溫度和大氣濕度。”由加州理工學(xué)院為NASA管理。他補(bǔ)充說(shuō)，該研究發(fā)現(xiàn)，如果土壤干燥，則極端事件(例如熱浪)將變得更加有害，因?yàn)橹参餆o(wú)法完成土地表面的增濕和降溫工作。他說(shuō)：“如果土壤水分充足，這將減輕一些極端事件的發(fā)生。”

這些土地-大氣反饋對(duì)全球碳吸收的影響非常重要，令科學(xué)家感到驚訝。事實(shí)證明，改變土壤水分的直接影響僅占年際變化的約四分之一。溫度和空氣濕度變化的結(jié)果是間接產(chǎn)生了令人驚訝的75%。這意味著在干旱期間，植物無(wú)法固定碳的原因不是很多，這是因?yàn)橥寥乐械乃州^少，主要是因?yàn)楦珊祵?dǎo)致大氣很快變得更熱和更干燥。

漢弗萊說(shuō)：“這最終調(diào)和了我們領(lǐng)域內(nèi)人們的不同觀點(diǎn)。” “直到您知道土壤水分影響了溫度，這就是為什么您看到兩者都起作用的原因，您才感覺結(jié)果之間存在沖突。這最終使辯論變得冷靜。每個(gè)人都是正確的。”

新的《自然》雜志的標(biāo)題為“土壤水分-大氣反饋主導(dǎo)著土地碳吸收的變異性”。