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以造林为例的土地覆盖变化对气候的可能影响——文献阅读

已有 4646 次阅读 2011-12-16 21:35 |系统分类:科研笔记| 气候变化, LULC, 土地覆盖变化

土地覆盖变化是气候变化的诱导因素之一,且有着重要的意义,这是毋庸置疑的。

前一段时间构思的一篇文章中涉及到这个方面,看了一些文献,总感觉理解的还不透彻。今天看到BG上面的这篇文献感觉很受益,简单记录一下。
Implications of albedo changes following afforestation on the benefits of forests as carbon sinks.

印象中,土地覆盖变化对气候的影响多是以模型为研究手段,并且,既然牵扯到气候,还都不是小模型,涉及到生态系统模型与大气环流模式的耦合。如果没有点气象背景,还真有点不知道从何下手。事实上,如果想全面、深入的了解土地覆盖变化对气候的影响,也必须借助模型,因为有很多过程是目前的观测手段还不能解决的。但这篇文章总算是提供了一个思路,不利用模型,仅考虑问题的主要方面,也可以给出一个相对明确的结果。

土地覆盖变化对气候的影响主要可以概括为生物地球物理(Biogeophysical)与生物地球化学(Biogeochemical)两个方面。生物物理方面,最直接的影响就是,土地覆盖变化往往伴随着地表反照度的变化:如森林的地表反照率通常比草地小,因此如果土地覆盖由草地转变为森林,往往会导致地表吸收的太阳辐射增加,有升高气温的趋势。生物地球化学方面,不同的土地覆盖类型吸收CO2的能力不同,森林的碳汇能力通常比草地大的多,因此以由草地转变为森林的土地覆盖转变为例,碳汇能力会增强,减弱气温升高的作用。这样以来,同一种土地覆盖变化类型导致的地表反照度的变化与碳吸收的变化,两者对气候的作用是相反的。那么最终土地覆盖变化对气候的作用就取决于这两种作用相互抵消后的净作用。当然,这两个过程不是土地覆盖变化对气候产生作用的全部过程,其他过程,如土地覆盖变化导致的有效能在潜热与感热通量之间的分配(蒸发散增加通常会使地表降温等等),都会对气候产生不同程度的影响,这些过程通常被称为间接作用,较难量化。

作者通过简单的计算,把大气中的碳转换为辐射强迫,得出陆地生态系统每固定1吨C,可减少地表接受的辐射约104GJ yr-1,而由草地(albedo约20%)向森林(albedo约13%)的转变会导致地表反照率减少约7%,这会导致地表辐射增加约2759GJ ha-1 yr-1,这就意味着,每公顷森林需每年固定26.5吨C(2759/104),用来抵消地表反照率的降低引起的地表增温。

遗憾的是,文章对于固碳的估算方法介绍的相当模糊。"These direct biomass measurements were supplemented with biomass predictions obtained using the C Change model/300 Index growth model"……。从这些模糊的介绍中分析,可能是基于生物量进行的估算,所以很可能并不是基于净的生态系统碳交换(NEE),因此,作者给出的结论“经过4-5年的生长后,固碳的cooling effect远大于反照率减小引起的warming effect”我表示怀疑。不过基于作者给出的数据可以看到该地区的森林生长速度是相当快的。
作者只介绍了由草地向森林的转变对气候的可能影响,不同的土地覆盖转变类型的结果显然是各不相同的。而即使是同一种土地覆盖类型(草地——森林),在不同的纬度地带的结果有很大差异。多数研究都表明,在中高纬度地带(temperate and boreal regions),这种土地覆盖的转变往往会导致地表温度升高,这主要是由于在这些地区,冬季长,且有大量的积雪,而森林与开阔地带在积雪覆盖的条件下地表反照率的差异会显著增大(森林覆盖地区的地表反照度约25%,而开阔地带的反照率可达80%),因此,地表反照率降低对地表温度的正作用远大于森林固碳产生的正作用,最终导致地表温度升高。

这类研究尽管没有考虑土地覆盖变化对气候的反馈过程,但却是实实在在的基于资料的研究,也许可以为模型研究提供验证与参考。


参考文献:M. U. F. Kirschbaum et al. 2011. Implications of albedo changes following afforestation on the benefits of forests as carbon sinks. Biogeosciences,8, 3687–3696.


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