土地利用变化如何影响极端温度？新研究，揭示长波辐射的关键作用！
土地利用变化对地表温度的调节作用至关重要，但由于长期平均响应的干扰，我们对这一关系的理解往往局限。尤其是在寒冷季节的极端低温变化中，土地利用变化的影响更为显著。近日，复旦大学的Meng Zhang及其团队在《Communications Earth & Environment》期刊上发表了最新研究成果，揭示了土地利用变化对极端温度的影响，特别是如何通过向下长波辐射来调节这些变化。
英文题目：Land-use induced changes in extreme temperature predominantly influenced by downward longwave radiation
中文译名：土地利用引起的极端温度变化主要受向下长波辐射的影响
发布时间：2024年12月05日
发表期刊：Communications Earth & Environment
第一作者：Meng Zhang et al
第一单位：复旦大学
DOI：10.1038/s43247-024-01936-0
该研究采用了数值多模型结果，重点探讨了土地利用变化对表面温度的响应，尤其是对寒冷季节的低温尾部响应。研究发现，土地利用变化在寒冷季节的低温尾部变化幅度可以达到长期均值响应的十倍之多。更重要的是，向下长波辐射成为影响表面温度变化的关键因素，尤其是在北半球的中高纬度地区。
研究表明，在北半球的中高纬度地区，向下长波辐射是影响土地利用变化导致表面温度变化的最显著因素。土地利用变化通过改变地表能量平衡，进而影响水汽和云层的空间分布，从而影响长波辐射的水平，并在寒冷季节加剧温度波动。
低温尾部变化（即极端冷季节的最低温度）在土地利用变化后的响应幅度，是长期均值响应的10倍之多。特别是在高纬度地区，这一变化会影响区域的气候稳定性和生态系统。
土地利用变化通过局地与远程效应共同作用，改变了水汽和云层的分布，这些变化通过遥相关影响进一步调节了地表的向下长波辐射水平。遥相关效应在调节中高纬度地区寒冷季节温度变化中起到了至关重要的作用。
这项研究通过数值多模型的综合分析，揭示了土地利用变化对极端温度，尤其是寒冷季节低温变化的深远影响。研究指出，土地利用的改变通过影响地表能量平衡，改变了水汽和云层的空间分布，从而加剧了寒冷季节的极端温度变化。而向下长波辐射则成为最重要的因素，直接影响了极端温度的幅度和分布。这一发现为我们提供了理解土地利用变化与气候极端事件之间相互作用的新视角，尤其是在气候变化的背景下，如何应对极端低温现象，具有重要的理论意义和现实意义。
图1. 土地利用和土地覆盖变化(LULCC)的空间分布和时间序列。
图2. 基于地表收支方程的历史时期地表温度变化空间分布及影响因素。
图3. 基于地表能量收支方程的历史时期最小地表温度变化空间分布及相关影响因素。
图4. 五个相关因素对地表温度变化的贡献以及历史时期地表温度变化的排序。
图5. 历史时期地表反照率、净辐射和地表气压变化的空间分布。
图6. 历史时期地表温度与2米地表气温(T2m)变化差异的空间分布。
图7. 历史时期的位势高度、风矢量、水蒸气和总云量。
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