大气 CO2浓度上升下全球造林降温效益减弱：挑战与应对策略

全球变暖形势严峻，造林被视为缓解气候变化的重要手段。但大气 CO2浓度上升时，其生物物理效应尚不明确。研究人员利用陆地 - 大气耦合模型，发现当前气候下全球造林可降温 0.062 °C ，但 CO2上升会削弱该效益。这为优化气候缓解策略提供依据。

　　在全球气候变暖的大背景下，地球仿佛被置于一个逐渐升温的 “蒸笼” 之中。为了缓解这一危机，造林成为了备受瞩目的 “绿色希望”。通过光合作用，森林能够捕获并储存碳，理论上可以为遏制气候变化贡献力量。然而，森林对气候的影响远不止于碳循环。它还会通过改变地表反照率、粗糙度和蒸散（ET）等生物物理属性，对局部和全球气候产生影响。但随着大气中 CO₂浓度持续攀升，森林的这些生物物理效应是否会发生变化，成为了科学界亟待解开的谜题。若不能准确把握，可能会使我们在应对气候变化的道路上 “误入歧途”。正是在这样的背景下，北京大学等机构的研究人员开启了探索之旅，相关研究成果发表于《Nature Communications》 ，为我们理解森林与气候变化的关系带来了新的曙光。

研究人员利用了 IPSL - CM 耦合陆地 - 大气气候模型（由 LMDZ 大气环流模型和 OCHIDEE 陆地表面模型组成）开展研究。通过设置不同的实验场景，对比造林实验（SCE）和对照实验（CTL），并结合不同的共享社会经济路径（SSP1 - 2.6、SSP2 - 4.5、SSP5 - 8.5）来模拟未来 CO₂浓度变化，以此探究全球造林对近地表陆地气温（T_a）的生物物理效应。

研究结果

1. 当前全球造林的降温效益：在当前 CO₂水平（390ppm）下，全球全潜力造林可使陆地年平均 T_a显著下降 0.062°C。不过，由于区域间冷却和变暖的补偿效应，这一数值相对较小。在印度、中国东北等树木覆盖显著增加的地区，T_a明显下降；而在高纬度地区如西伯利亚东北部和北欧，造林却导致了净变暖。进一步分析发现，局部效应在陆地表面空气冷却中占主要部分，贡献了 - 0.042°C，主要由 ET 增强的冷却作用和地表反照率降低的变暖作用相互竞争决定，其中 ET 增强是最强的冷却因素，全球可使 T_a降低 0.10°C，但很大程度上被地表反照率降低所抵消。同时，全球造林还通过重组大气环流产生深远的远程影响，非局部效应在网格单元尺度上主导了 67% 的陆地表面 T_a变化123。
2. CO₂上升导致降温效益减弱：随着 CO₂浓度增加，全球造林的生物物理降温效益逐渐减弱。在低排放的 SSP1 - 2.6 情景下，降温效益仅略弱于当前气候条件；但在中等排放的 SSP2 - 4.5 和高排放的 SSP5 - 8.5 情景下，降温效益大幅下降，分别降至 - 0.035°C 和 - 0.021°C。这主要是由非局部冷却减弱导致的，而局部冷却效应在不同情景下有不同响应，在 SSP1 - 2.6 和 SSP2 - 4.5 情景下略有减弱，在 SSP5 - 8.5 情景下则有所增强4。
3. 温度平流驱动 CO₂介导的非局部效应响应：全球造林会引起陆地风的显著变化，导致非局部大气温度改变。在当前 CO₂水平下，水平温度平流（ΔT_adv）能合理地解释造林引起的非局部大气反馈，在北半球中高纬度地区，造林可引发罗斯贝波列，导致欧亚大陆和北美出现广泛的非局部冷却。但随着 CO₂浓度上升，ΔT_adv增加，削弱了北半球的非局部冷却效应，主要是因为 CO₂导致北极放大，改变了大气背景状态，进而影响了罗斯贝波的传播和高压异常的形成56。

研究结论与讨论

该研究揭示了当前气候条件下全球全造林通过生物物理反馈可降低陆地表面气温，但随着大气 CO₂水平上升，这种降温效益会逐渐减弱。这一发现意义重大，一方面强调了大气反馈在评估大规模造林策略中的重要性，当前基于观测的研究方法可能因未考虑远程连接而存在偏差；另一方面，由于当前地球系统模型在模拟远程连接响应方面存在较大不确定性，未来需要重点关注对大气反馈不确定性的约束，同时也需要使用完全耦合的地球系统模型对全球造林的气候影响进行更全面的评估。此外，鉴于 CO₂对造林生物物理冷却的抑制作用，在大规模造林计划中应实施动态和气候适应性管理策略，并与减少温室气体排放的措施相结合，以更好地实现碳中和目标。