从极端天气预报到农业和水资源的长期预测，预测大气中二氧化碳的增加将如何影响水文循环，对日常生活和地球的未来都至关重要。人们普遍认为，水文变化是由气候变化引起的降水和辐射变化所驱动的，随着陆地表面的调整，气温的升高和降水的减少会使地球变干。
哥伦比亚大学工程研究人员发现，与此相反，植被在地球的水循环中起着主导作用，而植物将在未来对大陆水资源日益增加的压力进行调节和控制。这项研究由哥伦比亚大学工程和地球研究所的地球与环境工程副教授Pierre Gentine领导，发表在《美国国家科学院院刊》上。
“我们发现植被在陆地水文反应和水压力中扮演着关键的角色，这对于正确预测未来的干旱和水资源是至关重要的，”Gentine说，他的研究重点是水文和大气科学、陆地/大气相互作用的关系以及它对气候变化的影响。“这可能是一个真正的游戏规则改变者，以了解大陆水压力的变化走向未来。”
Gentine的团队是第一个将植被的响应与全球变暖的复杂反应隔离开来的团队，其中包括了水循环的这些变量，如蒸发蒸腾(从地表蒸发的水，从植物和裸露的土壤中蒸发)，土壤水分和径流。通过将植物的反应与大气(温室气体)反应中二氧化碳的全球上升联系起来，他们能够量化它，并发现植被实际上是解释未来水压力的主要因素。
“植物确实是世界上的恒温器，”里奥·勒莫提斯(Leo Lemordant)说，他是Gentine的博士生，也是该论文的主要作者。“它们位于水、能量和碳循环的中心。当它们从大气中吸收碳来繁殖时，它们会释放从土壤中吸收的水分。这样做，他们也会冷却表面，控制我们所有人感觉的温度。现在我们知道主要是植物?不是简单的降水或温度?威尔告诉我们，我们是否会生活在一个更干燥、更潮湿的世界。
在这项研究中,Gentine和Lemordant地球表面与解耦系统模型(植被生理)和大气二氧化碳(辐射)反应,用多模型统计分析从CMIP5,最新的一组协调气候模型实验设置为一个国际合作项目的国际气候变化专门委员会。他们使用了三种方法:一种是在叶级和大气中控制二氧化碳，一种只有植物对二氧化碳上升起反应的运行，以及只有大气对二氧化碳增加的反应。
他们的研究结果表明，主要水压力变量的变化受到植被生理效应的强烈影响，这是由于叶片水平的CO2增加，说明由于大气中CO2的增加对水循环产生的生理影响有多深。二氧化碳的生理反应在蒸散发中起着主导作用，对长期径流和土壤湿度的影响主要是由于大气中CO2的增加而引起的辐射或降水变化。
该研究强调了植被在控制未来陆地水文响应中的关键作用，强调大陆碳和水循环在陆地上是紧密耦合的，必须作为一个相互联系的系统来研究。它还强调，水文学家应该与生态学家和气候科学家合作，更好地预测未来的水资源。
“生物圈的生理效应和相关的生物圈-大气相互作用是预测未来大陆水压力的关键，以蒸散、长期径流、土壤湿度或叶面积指数为代表，”Gentine说。“反过来，植被水的压力在很大程度上控制了陆地碳的吸收，进一步强调了未来碳和水的循环是紧密耦合的，因此不能孤立地评估它们。”
Gentine和Lemordant计划进一步理清各种生理效应。“植被反应本身确实很复杂，”Gentine说，“我们想要分解生物量生长和气孔反应的影响。”我们目前正在研究的极端热浪事件也有影响。
加州大学欧文分校地球系统科学教授詹姆斯·兰德森说:“这项研究强调了进一步研究植物如何应对大气中二氧化碳浓度上升的重要需要。”他没有参与这项研究。“植物对陆地气候有很大影响，我们需要更好地理解它们对二氧化碳、气候变暖以及其他形式的全球变化的反应方式。”
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