亚马逊森林砍伐通过生物物理机制加剧大气干旱的正反馈效应

针对亚马逊流域森林砍伐对大气干旱指标（VPD）的影响机制不明确的问题，研究人员基于CMIP6多模型理想化砍伐实验，揭示了森林损失通过改变短波透射率、空气动力学阻力等生物物理过程，导致40%的VPD上升源于大气需水增加，60%源于蒸散减少的供水量下降，首次提出"砍伐-VPD升高"正反馈机制，为理解陆地-大气耦合系统稳定性提供关键理论支撑。

　　

【研究背景】
被誉为"地球之肺"的亚马逊雨林正面临前所未有的砍伐危机，近25%原始森林已消失。这片占据全球陆地碳汇重要地位的生态系统，其东南部甚至已转为碳源。更令人担忧的是，森林损失可能通过植被-大气相互作用引发连锁反应——已有模型预测大规模砍伐可能导致南美季风水汽输送崩溃，而观测数据中已检测到这种大尺度环流紊乱的前兆信号。

在气候变化背景下，表征大气干旱的蒸气压亏缺(Vapor Pressure Deficit, VPD)指标近年增速远超温度和CO₂
浓度，成为影响植被生产力、野火发生和生态系统稳定的关键因子。虽然已有研究关注VPD对植被的影响，但森林覆盖变化如何反作用于VPD的机制仍是空白。特别是亚马逊作为潜在气候临界点，是否存在"砍伐→VPD升高→生态恶化→进一步砍伐"的正反馈循环，直接关系到区域气候系统的稳定性。

【研究方法】
南京信息工程大学领衔的研究团队利用CMIP6中6个地球系统模型(CanESM5、CMCC-ESM2等)的理想化全球砍伐实验数据，对比完全森林覆盖(piControl)与全球砍伐(deforest-globe)情景。通过多模型集合平均法(MME)量化亚马逊流域VPD变化，采用归因分析解析大气需水量(饱和蒸气压SVP)与供水量(实际蒸气压AVP)的贡献比例，结合短波透射率、空气动力学阻力等生物物理参数，阐明局地辐射强迫与蒸散(ET)变化的主导机制。

【研究结果】

1. 响应特征
   模型一致显示亚马逊流域在完全砍伐后VPD显著增加0.26±0.11 kPa，增幅达18.7%，远高于全球平均水平。空间上呈现"东南高西北低"的梯度分布，与历史砍伐热点区域高度吻合。

2. 机制解析
   • 需水侧(40%)：地表反照率降低使短波辐射吸收增加，配合冠层空气动力学阻力减小，共同导致局地升温1.72±0.68°C，驱动饱和蒸气压(SVP)上升
   • 供水侧(60%)：森林砍伐使蒸散发量减少0.72±0.31 mm/day，直接削减大气水汽供应(AVP)

3. 正反馈验证
   升温与ET下降形成自我强化循环：VPD每增加1 kPa使边界层高度上升152 m，进一步抑制云形成与降水，而干旱加剧又促进植被衰退。这种双向耦合机制可能使系统突破临界点后进入不可逆的干旱状态。

【结论与意义】
该研究首次在《Agricultural and Forest Meteorology》揭示亚马逊砍伐通过"辐射强迫主导需水增加+蒸散抑制主导供水减少"的双路径机制加剧大气干旱，其中短波透射率改变引发的局地升温贡献率达53%，超过反照率效应(32%)。提出的正反馈机制为理解陆地-气候耦合系统稳定性提供新视角，特别是验证了亚马逊作为气候临界点的脆弱性——当砍伐超过30%时，模型显示VPD加速上升的非线性响应。成果不仅为区域气候预测提供理论依据，更警示当前保护政策需考虑生物物理反馈的滞后效应，对制定基于自然的气候解决方案(NbS)具有重要指导价值。