地表植被變化對氣候有著(zhù)重要的影響，過(guò)去的研究要么關(guān)注平均溫度，要么只關(guān)注直接作用（由反照率，蒸發(fā)散和粗糙度的變化直接導致的溫度變化）而忽略氣候反饋帶來(lái)的間接作用。因此我們利用耦合的氣候模式研究自1850年以來(lái)的植被變化導致的極端天氣，我們的結果不僅包含了直接作用，還包含過(guò)去通常被忽略的間接作用。
本研究利用CMIP6氣候模式，其中一組為歷史模擬（historical），實(shí)驗包括自1850年以來(lái)所有人為和自然的氣候強迫以及地表植被變化，另一組實(shí)驗與之相同，但沒(méi)有地表植被變化，即地表植被固定在1850年（hist-noLu）。兩組實(shí)驗結果的差即為氣候對于植被變化的響應。結果表明平均溫度（Tmean）、最高日溫（Thd,temperature of hottest day）、最低日溫（Tcd,temperature of coldest day）和最高月溫（Thm,temperature of hottest month）以及最低月溫（Tcm,temperature of coldest month）均有所下降（圖1）。在北半球中緯度地區，低溫降幅是高溫降幅的2-3倍。其中降幅最大的區域為北美中東部和歐洲地區，而低緯度地區變化較小。
圖1. 地表植被變化導致的 (A)最低日溫（Tcd）、(B)最低月溫（Tcm）、(C)最高日溫（Thd）、和 (D)最高月溫（Thm）的變化和 (E)部分地區平均值，包括北美中東部、歐洲、北半球中緯度、南美、赤道和整個(gè)陸地（不包括南極）；A-D中的灰點(diǎn)和E中的星號代表變化顯著(zhù)（p=0.05）。
除溫度降低外，極端低溫的頻率也有所增加。 以北美中東部為例，90%的低溫約為-2.7攝氏度，即一年中有約36.5天（365×10%）的溫度低于-2.7度。而地表植被變化使得溫度低于-2.7度的天數增加了約4天（圖2A，藍線(xiàn)），即一年中有約40天的溫度低于-2.7度。類(lèi)似的，95%和99%的低溫天氣則分別在18天和4天的基礎上增加了約2天和1天。這樣的變化同樣主要集中在北半球中緯度地區，而赤道地區變化不大。與極端低溫相反，極端高溫的頻率則呈現減少的趨勢，但變化幅度小于極端低溫。
圖2. 不同地區極端高溫（紅線(xiàn)和下側X軸）和極端低溫（藍線(xiàn)和上側X軸）天數隨著(zhù)百分位的增減情況。
以往關(guān)于植被對溫度影響的研究，通常利用衛星或站點(diǎn)觀(guān)測數據，采取“空間換時(shí)間”的方法——利用森林和周邊空地的溫度差來(lái)代表森林砍伐或植樹(shù)造林的影響。這一研究方法存在兩項項局限性：（1）在該對比中（空地溫度減去森林溫度），假定了100%的森林砍伐率。但在現實(shí)中，森林砍伐率并不總是100%；（2）該方法假定森林和周邊空地的背景氣候和大氣環(huán)流一樣，所以相減得出的溫差體現了由反照率、蒸發(fā)散帶來(lái)的直接作用，而沒(méi)有包括氣候反饋帶來(lái)的間接作用（如環(huán)流、云量、水汽和輻射等），因為相減過(guò)程中，間接作用被抵消了。本研究中，作者利用耦合的氣候模式得出的結果同時(shí)包含了直接作用和間接作用，即總的作用。利用多元線(xiàn)性回歸，作者進(jìn)一步分離出了直接作用和間接作用。結果表明，總的作用主要由間接作用主導，其對溫度的影響大約是直接作用的3-4倍（圖3）。換句話(huà)說(shuō)，地表植被變化帶來(lái)的影響主要是由氣候反饋、環(huán)流和輻射的作用導致，并非反照率和蒸發(fā)散導致，而間接作用可能加強也可能抵消直接作用。
圖3. 四個(gè)溫度指數的直接作用和間接作用的分解以及區域平均值。
過(guò)去對于這一問(wèn)題的研究通常利用微星觀(guān)測，所得結果只包含直接作用，且結果通常沿緯度變化：在低緯度地區，由于蒸發(fā)散減少，森林砍伐通常有增溫效應；而在中高緯度地區，反照率的作用更大，森林砍伐通常有降溫作用。該研究發(fā)現間接作用比直接作用大3-4倍，不可忽略。當包含間接作用后，北半球中緯度地區呈現出更強的降溫趨勢，以及隨之而來(lái)的極端低溫天氣的增加和高溫天氣的減少，而低緯度地區的溫度變化不大。這一結果可以為植樹(shù)造林工程或土地利用規劃提供科學(xué)指導。
該文章以“Historical land use and land cover change reduced the temperature of cold extremes more than that of hot extremes”為題，發(fā)表在The Innovation Geoscience。
原文鏈接：
Tang T., Lee X., and Zhang K. (2024). Historical land use and land cover change reduced the temperature of cold extremes more than that of hot extremes. The Innovation Geoscience 2(3): 100079. https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2024.100079
