850-2100年中国地表反照率时空变化历史重建与模拟预测研究

来源 :东北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinzhg01
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地表反照率是影响地表辐射能量平衡的关键参数,在全球气候变化和人类活动的影响下已经发生了显著变化。由于全球气候变化以及全球和区域规模的人类活动,地表反照率已经发生了显著变化,并对全球气候产生一系列影响。在卫星遥感时代(上世纪七十年代至今),可以通过卫星观测直接获得并监测地表反照率的时空变化,但是在卫星遥感时代之前的历史时期和未来,无法通过卫星等观测数据直接获得地表反照率的时空变化情况,因此需要通过重建和模拟来获得历史时期和未来的地表反照率时空变化情况。为了获得中国地表反照率在历史时期和未来的时空变化情况及其对全球气候的影响作用,在本研究中基于LUH2(Land Use Harmonization,Version 2)历史/未来土地利用数据集和地表反照率查找地图,对850-2100年中国地表反照率时空变化进行了历史重建和未来变化模拟预测,并以地表反照率变化产生的辐射强迫为指标评估了其对全球气候的影响作用。其中本研究的主要发现为:(1)在850-2015年,中国地表反照率年均值从0.20747增加到0.20855(增加0.00108),其历史变化大体可以分为五个阶段:公元9-10世纪(唐末、五代十国和宋初)反照率平稳期;11-12世纪(宋朝)反照率升高期;13-14世纪(宋末、元至明初),反照率降低期;15-17世纪之间(明朝至清初),地表反照率较快升高期;18世纪至今,地表反照率快速升高期。近300年来,地表反照率快速升高(+0.00075/世纪),而近百年来是人类历史时期地表反照率变化最快的时期(+0.00138/世纪)。黄淮海区(+0.00626)和东北区(+0.00502)地表反照率显著升高,地表反照率显著升高的区域包括松嫩平原的北部和东部、小兴安岭、三江平原、华北平原、伊犁河谷和青藏高原的东部,地表反照率显著降低的区域包括松嫩平原中部、农牧交错带、四川盆地和长江下游地区。中国历史地表反照率的变化在很大程度上可以由土地覆盖变化(农业开垦、森林砍伐和城市化等)和积雪的植被掩膜效应来解释。(2)在850-2015年和1750-2015年(工业革命以来)期间,中国地表反照率历史变化引起的辐射强迫分别为-0.08±0.04和-0.06±0.02 W m-2。在历史时期,中国地表反照率历史变化引起的负的辐射强迫,表明其反照率变化对全球气候起到降温作用,会抵消部分由温室气体排放引起的增温效应。其中850-2015年地表反照率变化产生的辐射强迫效应最强的区域为黄淮海区(-0.60±0.28 W m-2),而1750-2015年地表反照率变化产生的辐射强迫效应最强的区域为东北区(-0.22±0.06 W m-2)。(3)在2015-2100年,RCP3.4-SSP4和RCP3.4OS-SSP5地球系统情景下预测中国地表反照率显著上升,RCP8.5-SSP5地球系统情景下预测中国地表反照率基本保持不变,在RCP4.5-SSP2、RCP6.0-SSP4、RCP7.0-SSP3、RCP1.9-SSP1和RCP2.6-SSP1地球系统情景下预测地表反照率显著下降,且降低趋势依次增强。在SSP1可持续发展社会经济路径下,地表反照率从2015年起及发生大幅下降,而其他社会经济路径下,地表反照率在本世纪上半叶变化相对较小,而从2050年左右开始急剧上升或下降。其中,不同地球系统情景下预测的中国地表反照率变化热点区域主要在东部地区,包括东北区东部、黄淮海区、长江中下游区、华南区和西南区。(4)在2015-2100年,在不同地球系统情景下预测中国地表反照率变化产生的辐射强迫时间变化与地表反照率变化趋势恰好相反,其中RCP3.4-SSP4和RCP3.4OS-SSP5地球系统情景下预测中国地表反照率辐射强迫为负值,意味着这些情景下未来地表反照率变化对气候会产生降温效应;而RCP4.5-SSP2、RCP6.0-SSP4、RCP7.0-SSP3、RCP1.9-SSP1和RCP2.6-SSP1地球系统情景下预测地表反照率辐射强迫为正值,意味着这些情景下未来地表反照率变化对气候会产生增温效应。(5)相比于之前的全球历史地表反照率重建研究,本研究的主要改进如下:本研究使用的土地利用数据集的时间跨度得到大幅扩展(LUH1数据集为1500-2100年,LUH2为850-2100年),使得本研究可以重建更长历史时期的地表反照率变化情况,并且能够预测在不同地球系统情景下未来地表反照率变化情况;本研究所使用的LUH2土地利用数据集的空间分辨率得到了显著提高(LUH1数据集为0.5°,LUH2数据集为0.25°),使得本研究能够获得更高空间分辨率地表反照率变化空间格局。本研究获得了850-2015年中国地表反照率历史时空变化情况,并模拟预测了CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project,Version 6)八种地球系统情景下2015-2100年中国地表反照率的潜在时空变化情况,评估了历史和未来地表反照率变化对全球气候的影响。研究将有助于深入理解地表反照率在地表辐射能量平衡和全球气候变化中的影响作用,为未来环境保护和气候工程措施提供理论和政策依据。
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