什么是蒸汽压差(VPD)及其与野火的关系?

2023年4月3日|下午1:58
Mike Chiodini/加州土地管理局
卡莉·菲利普斯
研究员

气候变化正在改变我们的世界,从早些时候,花朵日本标志性的樱花快速损失冰川和冰原。其中许多变化,如野火活动的增加,正在对我们的健康和福祉造成越来越大的损害。

气候变化正在使我们的森林变得干燥,使它们开始燃烧。这种干燥是许多事情的结果(包括更高的温度和更长的干旱),但蒸汽压赤字(VPD)——在科学界之外没有多少时间的概念——已经成为一个关键因素,它反映了气候变化对森林干燥或干旱的集体影响。

反过来,森林的干燥也会影响它们燃烧的容易程度。人类引起的气候变化导致的VPD上升与气候变化的增加有关大型火灾数量总燃烧面积,高度严重烧伤区域

从表面上看,VPD似乎有点过于抽象,与应对气候变化的广泛对话无关。但再深入研究就会发现,VPD可能是一个关键的衡量标准,可以帮助我们了解如何适应和资助生态恢复,并降低火灾易发社区的风险。

那么,什么是VPD?

蒸汽压差(VPD)的计算方法是:水蒸气和水的差值实际上空气中的水分含量可以保持饱和。

VPD类似于相对湿度,用百分比来描述空气中有多少水分。但与相对湿度不同,温度总是包含在VPD的计算中。

在下面的图像中,两个环境圈都显示了50%的相对湿度——它们的含水量只有饱和时的一半。但它们显示出非常不同的vpd,因为在较高温度(红色)达到饱和所需的水分是较低温度(蓝色)的两倍。

蒸汽压差(VPD)的计算方法是:水蒸气和水的差值实际上空气中的水分含量可以保持饱和。两个环境圈都显示50%的相对湿度——它们的含水量只有饱和时的一半。但它们显示出非常不同的vpd,因为在较高温度(红色)达到饱和所需的水分是较低温度(蓝色)的两倍。

蒸汽压不足的基础

两个物理学原理是理解VPD以及它如何与我们的生态系统和大气相互作用的关键,而生态系统和大气最终会影响火灾风险。

1.持水量

在更高的温度下,空气可以容纳更多的水分,就像更多的糖可以溶解在更高的水中一样。温度较高的分子比温度较低的分子移动得更快,这意味着温度较高时空气中的水分或水中的糖有更多的空间。

2.扩散

分子会从浓度较高的区域移动到浓度较低的区域,这种移动的速度在一定程度上取决于差异有多大。浓度差越大,扩散过程越快。

在清澈的水中加入一滴高浓度的颜色,就说明了这个过程,因为颜色在整个玻璃中分散到一致的浓度。然而,并不是所有的扩散都能达到平衡,因为像植物闭合毛孔这样的生物机制会在达到平衡之前中断这一过程。

VPD上升的后果

气候变化导致的气温上升意味着VPD正在上升这对单个植物、生态系统和社区都有影响。

当植物进行光合作用时,它们会打开气孔将氧气交换成二氧化碳。但是,由于叶子内部的水分浓度通常比周围的空气高得多,打开它们的毛孔也意味着失去水分扩散到大气层。

因为光合作用对大多数植物来说是一个生死攸关的过程寄生植物),外部环境的改变会产生严重的后果。当VPD很高时(意味着空气可以因为叶子和空气之间的浓度差异特别明显,所以植物的水分流失得更快。经过几周甚至几个月,一个持续的口渴的气氛将水分从植物中抽出,会导致植物死亡,或者至少会导致植物非常干燥。

从野火的角度来看,持续升高的VPD意味着生态系统更容易点燃和传播火灾,导致近年来北美西部森林遭受破坏的更大、更严重的野火。从1984年到2015年,人类造成的气候变化至少占了一部分三分之二观察到的夏季VPD增加在美国西部森林中发现了总燃烧面积几乎翻了一番在同一时期。

增加使用森林管理策略,如在社区周围和荒地与城市交界处规定的焚烧,有助于降低灾难性后果的风险。然而,VPD的这些趋势强调了减排的紧迫性,同时也强调了适应气候驱动现实的重要性VPD投影暗示野火将继续升级。