10月7日，来自中国科学院南京地理与湖泊研究所、德国亥姆霍兹环境研究中心（UFZ）和英国班戈大学的多位学者在Proceedings of the National Academy of Sciences （PNAS）在线发表题为Surging compound drought-heatwaves underrated in global soils的研究成果，发现全球土壤干旱热浪复合事件或被全方位低估。湖泊与流域水安全重点实验室范兴旺副研究员为论文第一作者，张运林研究员为通讯作者。

    全球增温背景下，由大尺度环流异常、局地陆-气耦合和逆风干旱等因素共同作用形成的干旱热浪复合事件（CDHW，以下简称大气复合事件）受到广泛关注。此类事件易发于干-湿气候过渡带，但近年来在湿润地区也时有发生，如2022年夏季席卷我国长江中下游地区的异常干旱高温事件，对湖泊流域水安全构成严重威胁。这一系列复合事件通常由降水量和气温定义，忽视了土壤内部的真实水热胁迫状况。土壤是陆地生态系统的最重要的构成部分，也是陆地生态系统最大的碳库，土壤极端干旱和高温状态直接影响全球粮食安全与碳中和目标。

    为此，研究基于逐日表层土壤水分和土壤温度，定义了面向土壤对象的干旱热浪复合事件（SCDHW，以下简称土壤复合事件）。多种模式和观测数据分析表明：1980–2023年，全球土壤复合事件的发生频次、持续时间和累积强度（累积高温距平）及其变化趋势均高于大气复合事件（图1）。2010年以来，全球土壤复合事件的极端性（最大温度距平）已经超越大气复合事件，且差异逐年增大，频繁发生的土壤高温事件已经成为新常态（García-García等，NCC，2023）。全球土壤水分含量持续下降，越来越多的太阳辐射能量被用于加热表层土壤，导致土壤复合事件的极端性迅速攀升。

    全球增温和厄尔尼诺现象引发更多的土壤热浪，是本世纪以来土壤复合事件激增（图2）的主要原因。北半球高纬度地区土壤快速增温，复合事件的极端性更强，可能导致更多的土壤碳排放；南半球土壤复合事件的持续时间更长，可能威胁南美洲和非洲地区的粮食安全目标。在高排放情景（SSP5-8.5）下，本世纪末全球土壤复合事件的高温距平可达10℃，持续时间可达70天以上，单次复合事件的持续时间显著增加，对陆地生态系统的破坏性更强。未来大幅升温情景下，土壤干旱将成为土壤复合事件的限制性因素，流域水安全在普遍高温的背景下将面临更加严峻的挑战。

    森林和湿地自然生态系统可有效应对气候变化和缓解土壤复合事件。针对全球模式数据的滑动窗口分析表明，与临近的灌木、草地和耕地相比，具有类似气候条件的森林具有更低的土壤复合事件极端性和累积强度。针对北半球244个观测站点的聚类分析表明，按照土壤复合事件累积强度由高到低排序，土地利用/土地覆盖类型依次为裸地、灌木、耕地、草地、林地、植被镶嵌体和湿地（图3）。在流域综合管理方面，该研究表明，湿地与林地保护、耕地集约化利用（相对于耕地扩张）、生物多样性维持是缓解土壤复合事件的有效手段。同时，研究呼吁从土壤视角重新评估干旱热浪复合事件的生态效应。

    以上研究成果得到国家重点研发计划和自然科学基金等项目的联合资助。

    论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2410294121

图1. 1980–2023年全球土壤干旱热浪复合事件（红色）和大气干旱热浪复合事件（蓝色）的（A）发生频次、（B）持续时间、（C）峰值强度和（D）累积强度。

图2.（A）1980–2023年全球土壤干旱、土壤热浪及其复合事件面积；（B）1980–2023年全球各大洲土壤干旱热浪复合事件面积；（C）近年来全球土壤干旱热浪复合事件累积强度。

图3.基于滑动窗口分析的全球[灌木、草地、农田]与森林土壤干旱热浪复合事件多年平均（A）峰值强度和（B）累积强度差异，及（C）复合事件主要表征参数的纬向统计数据；（D）基于全球站点观测数据分析的土壤干旱热浪复合事件多年平均累积强度。