森林可以通过光合作用从大气中去除二氧化碳，因此造林或再造林已被提出作为缓解全球变暖的陆地解决方案。除了这种生物地球化学效应外，造林还可以通过生物地球物理过程影响局部和区域气候，如地表反照率、粗糙度和蒸散效率的变化。在局地尺度上，造林后的低反照率和高蒸散发可能导致变暖或变冷，这取决于哪个过程起主导作用。这种降温或升温效应可以抵消或放大与植树造林所吸收的二氧化碳有关的降温效应。因此，在减缓政策中需要考虑生物地球物理效应，以避免损害森林吸收二氧化碳所带来的气候效益。此外，虽然气候变暖是一种全球现象，但温度变化和相关风险通常在局部尺度上更大，特别是在大陆上。因此，造林的生物地球物理效应与当地的气候缓解更为相关，因为居住在附近(距离森林50公里以内)的人们可以立即感受到这种影响。植树造林的局部生物地球物理效应高度依赖于背景气候，表现为不同纬度、不同海拔和不同季节植树造林对局部地表温度的响应差异。这种气候依赖性也反映在为应对温室气体引起的变暖而造林的时变效应中。除温室气体外，人类活动和自然过程释放的大气气溶胶也是扰乱区域气候的重要因素。然而，尚不清楚气溶胶引起的背景气候变化是否能进一步调节造林的局部效应。因此，了解造林-气溶胶-气候相互作用对于评估造林的气候效应至关重要，并有助于为承受空气污染和气候变化双重压力的国家优化战略。考虑到未来对人为排放的控制，需要重新评估造林的局部影响，以便更好地了解在一个更清洁的世界中造林的局部缓解潜力。
1.主要模拟和ESM
为了获得人为减排对造林效应的影响，本研究采用了多种不同人为排放情景的模拟，包括CMIP6的historical模拟、AerChemMIP的hist-piNTCF、hist-piAer和ssp370-lowNTCF模拟以及ScenarioMIP的ssp370模拟。
2.模拟植树造林的局部效应
模拟造林的局部效应是通过一种常用的方法获得的，该方法对森林和开阔地进行亚网格尺度的比较。陆地表面模型大多采用“马赛克”策略来描述网格单元中土地覆盖的亚网格异质性;也就是说，一个网格单元由多个土地覆盖单元组成。亚网格尺度分析的基本原理在于，一个网格单元中的所有亚网格单元都接受相同的大气强迫，因此，各个单元之间地表诊断变量的差异可归因于土地覆盖和地表特性的差异。
GFDL-ESM4模型遵循CMIP6批准的土地利用模型比较项目(LUMIP)的子网格数据报告协议，在每个网格单元中提供四个子网格单元的地表诊断变量值——初级和次级土地(psl)、农田(crp)、牧场(pst)和城市土地。一个psl单元可能包括树木、草地、荒地和植被湿地。在网格单元中，如果树木覆盖比例与psl比例的比例超过50%，则将psl视为森林。将crp和pst组合成一块空地。因此，crp和pst上的值被平均，以产生空地的值。为了在网格单元中创建森林-空地比较，只使用具有森林和空地并发的网格单元;否则，网格单元将被排除在进一步的分析之外。
3.观察到的植树造林的局部效应
为了验证GFDL-ESM4模拟的森林砍伐的局部效应，使用基于卫星的观测数据作为基准。该数据集在时空类比方法的基础上提供了全球尺度上造林的生物地球物理效应。与上述亚网格尺度分析的概念类似，该方法假设造林引起的地表能量平衡变化可以近似为森林像元与其邻近的开阔地像元之间的差异。同样，该方法也只考虑了局部效应，因此，观测数据集适合于评估亚网格尺度分析获得的造林模拟效果。该数据集以1°× 1°的空间分辨率和代表2008-2012年期间的一个气候年的月时间分辨率提供。
4.CO2BGP度量
为了使植树造林的生物地球物理和生物地球化学效应具有可比性，使用CO2BGP量化了生物地球物理效应引起的局部地表温度变化。这一指标估计的二氧化碳排放量在理论上会产生与植树造林的生物地球物理效应相同的当地地表温度变化。该度量在考虑造林的辐射效应和非辐射效应方面都具有优势。网格单元(i, j)中的CO2BGP(单位:t/ha)计算如下:
5.造林的生物地球化学效应
使用了一个基于观测的数据集，绘制了造林或避免毁林的年度生物地球化学效应。生物地球化学效应包括:(1)造林或避免毁林引起的地上和地下生物量碳密度的变化，以及(2)造林或避免毁林引起的土壤顶部30厘米土壤有机碳的变化。
6.分解地表能量平衡
为了量化减排对造林地表温度响应的影响机制，基于地表能量平衡的分解进行了归因分析。
7.模拟植被对气候变化响应的验证
为了验证GFDL-ESM4模式模拟的LAI对减排引起的气候变化的响应，进行类似文献的敏感性分析。具体而言，LAI对DSR、2 m温度和因减排引起的降水变化的总响应可计算为:
1、除了在北方地区，植树造林可以通过生物地球物理过程减缓局部变暖，这与以往的研究一致。
2、减排总体上使植树造林更有利于缓解当地气候变化。
3、气候对减排的响应在改变造林效果中起着重要作用。GFDL-ESM4模式表明，由于太阳辐射增加、温度升高和降水增多，排放减少后，树木的叶子增加幅度更大。
4、低人为排放可以通过改变地表能量平衡来调节造林的局部效应。如果目前的人为排放减少到工业化前的水平，植树造林可以产生高达0.4°C的额外冷却效应。如果未来采取严格的空气污染控制措施，预计造林的降温效果将在中国受到最强烈的影响。
该文章题目为：“植树造林对局地地表的降温作用被较低的气溶胶污染所放大”，于2023年发表在《Nature Geoscience》期刊（IF=15.7），该研究结果表明，造林的冷却效应增强可以部分抵消空气质量控制的变暖效应，这对面临清洁空气和减缓气候变化双重挑战的国家具有启示意义。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41561-023-01251-x
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本期文案：郝以舷
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