陆面蒸散发变化通过调控能量与水分循环，深刻影响气候演变、水资源格局和生态系统功能，是理解地球系统变化的关键过程。然而，受陆气相互作用过程复杂性的制约，气候变化对蒸散发的影响预估存在高度不确定性：基于离线水文模型预估的气候变暖驱动的全球蒸散发增幅，远高于地球系统耦合模型的预估结果，这一分歧严重制约了未来水文气候变化（陆面干湿变化）预估的可靠性。
9月11日，地理科学学部周沙研究员在Nature Climate Change杂志在线发表了题为“Neglecting land–atmosphere feedbacks overestimates climate-driven increases in evapotranspiration”的最新研究成果，解决了学界长期存在的“计算偏差”问题——以往在预估气候变暖对陆面蒸散发的影响时，常因忽略陆气反馈导致结果被显著高估。
研究指出，蒸散发（ET）变化预估分歧的根源在于离线水文模型对大气蒸发需求（潜在蒸散发，PET）的估算偏差。以往研究广泛采用Penman公式估算PET，却忽略了陆面对大气的反馈过程：在气候变暖背景下，陆面水分亏缺导致ET下降，而ET减少进一步加剧大气变暖变干，促使水汽压差（VPD）升高，进而推动PET上升。但是，这种由陆气反馈驱动的PET增加，并不伴随着ET的同步增加——与离线模型中“PET增加必然驱动ET增加”的核心假设相矛盾。因此，采用Penman公式不仅系统性高估了水分限制地区的大气蒸发需求，更显著放大了未来气候暖干化情景下PET及ET的增长幅度。
为了定量解析ET—PET互馈关系，研究将Penman公式解构为能量驱动项（PETe，表征辐射、温度等能量驱动因素）和空气动力学驱动项（PETa，反映风速、湿度等水汽扩散条件影响）。通过理论推导、观测与模拟验证，研究揭示了ET、PETe与PETa之间的普适性定量关系：
该蒸散发互补关系理论公式清晰刻画了ET在陆气系统中的双重作用：一方面，大气能量状态通过PETe正向驱动ET变化；另一方面，ET减少通过陆气反馈增强PETa。研究证明了PETe是驱动ET时空变化的关键气候因子（图1），而PETa以及Penman公式（PETe和PETa组合）系统性高估了大气蒸发需求，这一发现为修正蒸散发预估偏差提供了核心理论依据。
基于PETe重构大气蒸发需求估算方法后，研究将其应用于离线水文模型（Budyko框架）。结果显示，离线水文模型与地球系统耦合模型在全球ET变化预估和归因上实现高度一致（图2），成功调和了两类模型长期存在的分歧，为蒸散发及径流变化的准确预估提供了统一的方法体系。
图1. 观测和模拟验证表明，ET与PETe呈正相关，而与PETa呈负相关
图2. 基于PETe的离线水文模型（Budyko框架）与地球系统耦合模型在蒸散发变化预估和归因中的一致性
北京师范大学地理科学学部周沙研究员为论文的第一兼通讯作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目（42471108）、创新群体项目（42521001）、国家重点研发计划课题（2022YFF0801303）等项目资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41558-025-02428-5