《Trees, Forests and People》：Humidity thresholds reverse forest cooling: Empirical evidence challenges thermal buffering paradigms in subtropical mountains
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本研究针对森林热缓冲效应在湿度调控下的相变机制不明问题，通过6年原位监测揭示了相对湿度（RH）主导亚热带山地森林降温-增温转换的非线性阈值规律。研究发现高湿度通过抑制蒸散发冷却引发净增温，量化了季节性RH临界点（夏季35.17%，秋季40.29%），为湿润区森林气候适应性管理提供了新范式。
在气候变化加剧的背景下，森林生态系统通过蒸散发和冠层遮荫等生物物理过程调节局部气候的功能备受关注。传统观点认为森林始终具有“降温效应”，尤其在湿润的亚热带地区，茂密冠层和充足降水被认为能持续发挥热缓冲作用。然而近年研究发现，中低纬度森林可能出现净增温现象，挑战了经典热缓冲范式。这种反常现象常被归因于冠层稀疏或极端干旱，但关于大气湿度与冠层相互作用如何调控降温-增温相变阈值，仍存在理论空白。特别是在常年高湿的亚热带山地森林中，高温高湿共存的条件可能引发独特的微气候响应，但相关机制和临界点始终缺乏量化研究。
为解开这一谜题，南京林业大学李亚男团队在《Trees, Forests and People》发表研究，通过对浙江百山祖国家公园亚热带山地森林6年（2017-2022）的原位气候监测，系统解析了森林热缓冲效应的时空动态及其驱动机制。研究首次揭示相对湿度（RH）是主导森林降温-增温转换的关键开关，并量化了季节性RH阈值，为理解森林气候调节功能提供了新视角。
研究采用梯度气象观测系统，在40米通量塔设置6层垂直监测点（2-40米高度）测量林内温度（Tintra）、相对湿度等参数，并与100米外标准气象场数据（Textra）对比计算温度偏移量（ΔT=Tintra-Textra）。通过随机森林模型识别关键环境驱动因子，结合分段回归和贝叶斯信息准则（BIC）分析非线性阈值，采用逐步偏相关解析多因子交互作用。
3.1 森林温度偏移的时空动态
数据显示亚热带山地森林存在显著的热缓冲效应，但呈现昼夜不对称模式：夜间增温效应始终强于白天的降温作用，导致年度净增温。最反常的现象出现在夏季，森林内部在白天气温甚至高于外部开阔地，颠覆了传统认知。不同天气条件下缓冲强度差异显著：阴天条件下森林呈现全天增温，而晴天多在白天降温夜间增温（夏季除外）。
3.2 环境因子对温度偏移的影响
随机森林模型显示，林外相对湿度（RH）、土壤体积含水量（VWC）、林外气温（Tair）是主要驱动因子。值得注意的是，土壤水分（VWC）本身具有促进冷却的潜力，但其效应被RH的主导作用所掩盖。当控制RH变量后，VWC与温度偏移呈现显著负相关，表明高土壤水分本应增强冷却，但高湿度条件下这种作用被抑制。
3.3 相对湿度与温度偏移的非线性关系
最关键的发现是RH与ΔT存在强烈的非线性阈值响应。春夏两季呈现明显的分段规律：夏季在RH=35.17%处出现拐点，低于此值时湿度增加增强冷却，高于此值则冷却效应减弱，并在RH=67.30%时转为净增温；秋季拐点为40.29%，增温阈值为79.06%。而春秋季则呈线性关系，增温阈值分别为68.84%（春）和92.23%（冬）。
研究表明，湿度阈值实际反映了森林蒸散发和表面能量分配的主导控制机制转换。高湿度条件下，蒸汽压亏缺（VPD）降低，削弱了蒸散发驱动力，使可用能量向感热通量重新分配，引发冷却-增温转换。夏季较低的RH阈值与冠层蒸腾能力和大气稳定度增强有关：温暖季节森林持续向冠层释放水汽，而受抑制的湍流混合限制垂直水分交换，形成持久高湿、低VPD的微环境，导致冠层-大气解耦早发。
研究还揭示了夏季林内气温反超开阔地的机制：森林因反照率较低而吸收更多太阳辐射，但高湿条件下蒸散发受抑制，遮荫又限制土壤加热，使更多能量用于气温升高；而开阔地凭借较高反照率、更有效空气交换和 unobstructed 土壤，能维持更有效的潜热通量。
这些发现对气候变化下的森林管理具有重要启示。亚热带山地森林的夏季增温可能减少高低地间热对比，为物种上迁提供过渡避难所；但持续夜间增温可能加速微生物活动，促进土壤有机质分解，削弱山地森林碳汇功能。降水模式向“少频强”转变可能进一步破坏森林热调节功能，因为高强度降水会同时提升土壤湿度和大气湿度，容易超过抑制蒸散发的临界阈值。
该研究首次量化了湿度介导的森林热缓冲相变阈值，揭示了高湿条件下森林降温功能逆转的生物物理机制，为湿润区森林的气候适应性管理提供了理论依据。未来需将RH阈值纳入地表模型，预测不同气候情景下生态系统的响应，为山地森林保护提供科学支撑。
