文章信息：Yue Li, Shilong Piao, Laurent Z. X. Li, Anping Chen, Xuhui Wang, Philippe Ciais, Ling Huang, Xu Lian, Shushi Peng, Zhenzhong Zeng, Kai Wang, & Liming Zhou. (2018). Divergent hydrological response to large-scale afforestation and vegetation greening in China. Science Advances: 4(5), eaar4182. https://doi.org/10.1126/sciadv.aar4182
整理人：杨文，2023级硕士生
整理时间：2024年8月21日
Abstract：China has experienced substantial changes in vegetation cover, with a 10% increase in the leaf area index and an ~41.5 million-hectare increase in forest area since the 1980s. Earlier studies have suggested that increases in leaf area and tree cover have led to a decline in soil moisture and runoff due to increased evapotranspiration (ET), especially in dry regions of China. However, those studies often ignored precipitation responses to vegetation increases, which could offset some of the negative impact on soil moisture by increased ET. We investigated 30-year vegetation impacts on regional hydrology by allowing for vegetation-induced changes in precipitation using a coupled land-atmosphere global climate model, with a higher spatial resolution zoomed grid over China. We found high spatial heterogeneity in the vegetation impacts on key hydrological variables across China. In North and Southeast China, the increased precipitation from vegetation greening and the increased forest area, although statistically insignificant, supplied enough water to cancel out enhanced ET, resulting in weak impact on soil moisture. In Southwest China, however, the increase in vegetation cover significantly reduced soil moisture while precipitation was suppressed by the weakened summer monsoon. In Northeast China, the only area where forest cover declined, soil moisture was significantly reduced, by −8.1 mm decade−1 , likely because of an intensified anticyclonic circulation anomaly during summer. These results suggest that offline model simulations can overestimate the increase of soil dryness in response to afforestation in North China, if vegetation feedbacks lead to increased precipitation like in our study.
摘要：自20世纪80年代以来，中国的植被覆盖率发生了巨大变化，叶面积指数增加了10%，森林面积增加了4150万公顷。早期的研究表明，由于蒸散量（ET）的增加，特别是在中国干旱地区，叶面积和树木覆盖率的增加导致了土壤水分和径流的下降。然而，这些研究往往忽视了降水对植被增加的反应，这可能会抵消ET增加对土壤湿度的一些负面影响。我们使用耦合的陆地-大气全球气候模型，在中国上空使用更高的空间分辨率缩放网格，通过考虑植被引起的降水变化，研究了30年来植被对区域水文的影响。我们发现，中国各地植被对关键水文变量的影响存在高度的空间异质性。在中国北方和东南部，植被绿化带来的降水增加和森林面积的增加，虽然统计上不显著，但提供了足够的水来抵消增强的ET，导致对土壤水分的影响较弱。然而，在中国西南部，植被覆盖的增加显著降低了土壤湿度，而降水则受到夏季风减弱的抑制。在中国东北，唯一一个森林覆盖率下降的地区，土壤湿度显著降低了-8.1毫米，这可能是由于夏季反气旋环流异常加剧。这些结果表明，如果植被反馈导致降水增加，如我们的研究所示，离线模型模拟可能会高估华北地区造林对土壤干燥的影响。
图 过去30年中国植被变化线性趋势的空间格局
（A） 卫星观测到的生长季节（4月至10月）叶面积指数（LAI）的变化趋势。高级甚高分辨率辐射计。（B） 根据植物功能类型图（PFT）重建的森林覆盖率变化趋势（%），该图结合了1:1000000中国植被图的空间信息和省级森林资源清查的统计信息（见材料和方法）。阴影区域表示在95%置信水平下线性趋势的统计显著性。
图 1982年至2011年中国年度水文变量异常的时间变化
（A） ET、（B）降水（Pre）和（C）相对土壤湿度（SM）。黑线表示实验（“SCE”）的集合（15个成员）平均值，红线表示对照（“CTL”）的平均值（“材料和方法”）。洋红色实线（灰色）和绿色虚线表示观测值或基于观测的数据集，即全球清单建模和制图研究（GIMMS）的LAI（51）；Jung等人（59）和Zeng等人（60）的基于观察的ET产品；气候研究所（CRU）（61）和全球降水气候学中心（GPCC）（62）数据集观测到的降水量。欧洲中期天气预报中心（ECMWF）再分析（ERA Interim）（65）和国家环境预测中心（NCEP）再分析数据集（66）的降水输出；基于观测的土壤水分数据来自GLEAM（64）的输出，由地表土壤水分（GLEAM_surf）和根区土壤水分（GLEAM_root）表示。相关系数和P值显示了模拟和观测之间的关系。
图 植被引起的年度水文变量（包括Pre、ET、Pre-ET和总SM）变化（即SCE-CTL）的线性趋势以及观测到的LAI和森林覆盖率（Fc）的趋势
（A） 全国，（B）华北，（C）东南，（D）西南，（E）东北。每个区域的空间范围显示在每个子地块上方的地图上。一个星号表示在90%置信水平下具有统计学意义，两个星号表示95%置信水平下的统计学意义。
图 植被对ET、降水和低层（即700 hPa）对流层环流的生物物理反馈示意图
（A） 春季（3月至5月），（B）夏季（6月至8月），以及（C）秋季（9月至10月）。底图显示了1982年至2011年相应季节卫星观测到的LAI变化趋势。蓝色实线箭头表示对流层低层的气候风场。红色虚线箭头是植被变化引起的低层对流层复合风场的显著趋势（即实验-控制：SCE-CTL），这是从图S10等环流显著变化的空间格局中总结出来的。根据图S8（B和C），仅当趋势在相应季节的至少1个月内显著时，才绘制表示植被引起的ET和Pre变化的箭头。
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aar4182
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