中国人工造林的地表温度效应及其归因

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森林覆盖变化引起强烈的生物物理反馈进而影响局部气候。地表温度常用于表征造林的局部气候效应。卫星观测的地表温度(Land Surface Temperature,T)和土地覆盖类型或森林覆盖变化数据已被广泛应用于研究造林/砍伐对当地地表温度的影响(ΔT)。以往的分析使用不同的方法来量化造林对地表温度的影响,然而量化结果之间存在较大差异,且导致这种差异的原因尚不明确。自1999年以来中国实施大规模造林绿化工程,这些造林区域可以作为比较不同方法地表温度效应的理想案例。鉴于此,本研究基于多套卫星观测数据(Global Forest Change、MCD12Q1、Globe Land30)分别利用“空间和时间”、“空间代时间”以及奇异值分解方法获取2000—2012年中国人工造林引起的实际效应(ΔTa)、混合潜在效应(ΔTp1)以及完全潜在效应(ΔTp2),并探究引起三种效应差异的驱动因素。同时,基于这三种效应揭示造林对地表温度影响的纬向格局、季节规律及其随降水的变化特征,并结合反照率、蒸散发以及辐射数据,探讨造林引起的地表温度变化的驱动因素以及相应的陆气能量交换的变化。此外,为厘清不同造林类型的地表温度效应,进一步指导人工造林实践,本研究结合植被分类数据探讨造林对不同森林类型地表温度的影响以及驱动因素。本研究的主要结论有:(1)造林引起的地表温度实际效应(-0.12±0.57℃)显著低于混合潜在效应(-0.60±1.36℃)以及完全潜在效应(-0.86±1.62℃)。实际效应随造林强度的增加而增加,且实际效应与造林强度之间建立的线性回归模型表明当造林强度达到100%时,实际效应(-0.62±0.05℃)与混合潜在效应、完全潜在效应相接近。(2)整体上人工造林引起地表温度下降,且主要由白天地表温度变化主导,而白天的降温效应主要是蒸散发驱动的。(3)造林对地表温度的影响呈现出明显的季节差异,夏季地表冷却幅度最大,春季冷却程度稍微弱于夏季,冬季地表呈现增温效应。春季及夏季地表较强的冷却效应主要是由强烈的蒸散发增加(降温)所驱动的。强烈反照率变化引起的增温与微弱的蒸散发作用,是该区域冬季微弱增温的原因。(4)造林引起地表温度变化表现出明显的纬度格局:造林引起反照率下降的程度随纬度的升高而增强,由此导致造林对高纬度地区的升温效应更强;夏季蒸散发作用对年均蒸散发的贡献最大,其随纬度升高而减弱,由此导致造林对低纬度地区的降温效应更为明显。(5)造林引起的地表温度变化与降水密切相关。随降水升高,造林的冷却效果增强。在半干旱区(年均降水量<400 mm)造林会引起微弱增温;半湿润及湿润区域(年降水量>400 mm)降温效果明显。强烈的反照率变化驱动较干旱区域地表温度升温,而相对湿润区域主要受蒸散发控制而表现为降温。
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