在气候变暖背景下，陆地生态系统通过生物物理反馈和生物地球化学反馈气候变化，导致不同区域出现变暖或变冷的效应，值得注意的是，以往研究对生物物理反馈机制关注有限。波文比 (β)，即显热通量(H)与潜热通量(LE)之比，已被认为是解释生态系统反馈气候变化的生物物理过程的关键参数，因此，β的研究有助于更全面地了解生态系统的生物物理过程，并为评估生物物理反馈对气候变化的影响提供有价值的视角。但我们对其在国家、区域甚至全球尺度上的空间格局的理解仍然有限，这主要是由于在获得准确的显热通量值方面存在固有的挑战。该研究整合了ChinaFLUX80个站点近20年来基于涡度相关法观测的显热通量和潜热通量计算波文比，并解析其空间分异规律和机制。
研究结果表明，中国陆地生态系统波文比多年平均值为0.64±0.47，更多能量分配至潜热。生态系统类型对波文比有显著影响，表现在波文比在不同的植物群系中变异显著。波文比存在显著的随纬度升高而线性升高的趋势。气候因素具有对波文比空间变异的最高总相对贡献，但考虑气候因素间的耦联关系及其与土壤和植被的级联关系后，这种最高贡献体现在其最高的间接影响上。在气候因素（年均温、年总降雨量和饱和水汽压差）影响下，植被因素（叶面积指数和植被覆盖度）和土壤因素（土壤含水量）共同决定了中国陆地生态系统波文比的空间格局并以植被因素为主导，且植被因素的这种贡献随水热条件的下降而下降。研究结果促进了对波文比生态学意义的理解，揭示了陆地生态系统能量分配的空间变异规律以及植被对于地表能量分配的控制作用。该研究还强调了在全球气候变化背景下，波文比作为表征生态系统对区域气候的生物物理反馈效应的关键参数的重要性。
值得注意的是，该研究以30分钟分辨率的观测数据对ChinaFLUX整体的站点能量闭合比率（EBR）进行了评价，结果表明ChinaFLUX站点能量闭合比率均值为0.81±0.13，观测数据具有高质量和可信度。
图5. 中国不同植物群系森林(a)、草地(b)、湿地(c)和农田(d)的波文比(β)统计特征、中国植被图和本研究使用的站点分布(e)、不同植物群系的波文比统计特征(f)。柱状图中各柱的颜色与图e中分区的颜色相对应。SUT-亚热带常绿阔叶林;QTB-青藏高原高寒草甸;WTM-暖温带落叶阔叶林;TMD-温带沙漠;TMG-温带草原;TEM-温带落叶阔叶林;CTM-寒温带落叶针叶林
图7. 中国陆地生态系统波文比影响因素的重要性(a)及其在不同生态系统类型(b)和区域(c)中的重要性。波文比空间变异的结构方程(d)和各类因子的效应值(e)。图d中，单向箭头表示因果关系方向。箭头宽度与关系的强度成正比。双向箭头表示变量之间的相关性。每个变量右侧的垂直箭头表示其与β的相关性。红色和绿色箭头分别表示正向和负向的关系。箭头旁的数字是标准化路径系数，模型中每个变量右上角的数字表示每个变量的解释程度。气候双层矩形代表了对年均温MAT、年降水MAP和饱和水汽压差VPD进行主成分分析的第一个分量。植被双层矩形代表植被覆盖度FVC和叶面积指数LAI进行主成分分析的第一个分量。*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001.
该论文以“Climate-shaped vegetation dominated the spatial pattern of the Bowen ratio over terrestrial ecosystems in China”为题发表于国际学术期刊Agricultural and Forest Meteorology (Q1,IF=6.2)，收录于ChinaFLUX20周年专刊“Carbon, nitrogen and water fluxes of terrestrial ecosystems in China”，论文第一作者为天津大学地球系统科学学院在读博士生孙铭禹，通讯作者为中国科学院地理科学与资源研究所陈智研究员。研究受到国家自然科学基金项目(31988102, 32222052, 42261144688, 42141005)等资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2023.109816