南京大学研究团队揭示大规模毁林/造林对日际温度变率的影响

毁林（或造林）可以通过改变反照率和粗糙度等地表属性影响陆-气之间的动量、能量和水分交换，从而影响局地和区域气候，我们称该过程为生物物理过程。研究表明，毁林可以通过生物物理过程影响平均温度和极端温度。除平均值和极端值外，变率也是一个重要的统计量，它反映温度在不同时间尺度上的变化速度。特别是日际温度变率，它对生态系统功能、人类健康以及社会经济具有广泛的影响。大气科学学院符淙斌院士团队率先指出全球变暖下中国地区日际温度变率呈现快速变化的特征（Wu等，2017），并在后续研究中发现日际温度变率的全球演变主要归因于人为温室气体强迫的作用（Xu等，2020），以及日际温度变率能够超前主导冬季流感的季节性暴发，并大幅增加全球变暖下未来流感暴发的危险度（Liu等，2020）。然而，鲜有研究关注毁林对日际温度变率的影响，我们对此知之甚少。

大气科学学院郭维栋教授团队及合作者利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）及其子计划的模拟结果以及北美和欧洲33个通量站的观测资料，围绕毁林/造林对日际温度变率影响这一科学问题开展了系统的研究。基于理想化全球毁林试验的结果表明，北半球中高纬度地区毁林会导致局地日际温度变率显著升高，特别是在冬季。由此进一步导致骤暖或者骤冷事件发生的概率显著增加。该影响的主要物理机制是毁林降低地表粗糙度，增强近地面水平风速，同时中高纬度毁林的降温效应使得经向温度梯度增大，两者共同作用使得近地面水平温度平流增大，从而最终导致日际温度变率升高。

团队还利用检测归因手段分析了历史时期和未来不同共享社会经济路径（SSP）情景下土地利用变化对日际温度变率的影响。结果表明，工业革命以来北美大规模毁林导致日际温度变率显著升高，该影响在区域尺度上抵消了由于温室气体和气溶胶排放等其它人类活动引起的日际温度变率下降的趋势。相反，如果采用绿色发展路径（SSP1-2.6），本世纪末北美大规模造林将会导致日际温度变率显著下降。该结果强调中高纬度国家在未来实施大规模造林时除了考虑其对陆地碳汇、平均温度和极端温度的影响外，需要考虑其对日际温度变率的影响。

研究成果以"Deforestation intensifies daily temperature variability in the northern extratropics"为题，于近日发表在《自然·通讯》（Nature Communications）。大气科学学院葛骏博士和刘奇博士为本文共同第一作者，葛骏博士和郭维栋教授为共同通讯作者。南京信息工程大学昝蓓蕾博士、成都信息工程大学林志强副教授、南京航空航天大学陆莎博士和南京大学大气科学学院邱博副教授为合作者。该工作得到国家自然科学基金、江苏省气候变化协同创新中心和南京大学关键地球物质循环前沿科学中心的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33622-0


图1：理想化全球毁林对不同季节日际温度变率的影响

参考文献：

Ge J, Liu Q, Zan B, et al. Deforestation intensifies daily temperature variability in the northern extratropics. Nature communications, 2022, 13(1): 1-15.

Wu F T, Fu C, Qian Y, et al. High‐frequency daily temperature variability in China and its relationship to large‐scale circulation. International Journal of Climatology, 2017, 37(2): 570-582.

Liu Q, Tan Z M, Sun J, et al. Changing rapid weather variability increases influenza epidemic risk in a warming climate. Environmental Research Letters, 2020, 15(4): 044004.

Xu Z, Huang F, Liu Q, et al. Global pattern of historical and future changes in rapid temperature variability. Environmental Research Letters, 2020, 15(12): 124073.