在以松树为主的瑞典北部北方森林中,清除原始植被后地表反照率的增加幅度大于野火导致的增加幅度

《Agricultural and Forest Meteorology》:Greater increase in surface albedo following clear-cutting than wildfire in pine dominated northern Swedish boreal forests

【字体: 时间:2025年11月12日 来源:Agricultural and Forest Meteorology 5.7

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  反照率差异与森林管理方式对北欧针叶林气候影响的研究。通过对比清砍( managed)与野火( unmanaged)迹地针叶林在瑞典北部的时间序列数据,发现清砍林反照率随时间显著下降,尤其幼林阶段(<30年)反照率比野火迹地高58%(0.36 vs 0.18)。整体而言清砍林平均反照率(0.23)高于野火林(0.17),但成熟林(>30年)差异缩小至6%。研究强调雪覆盖期反照率对气候变化的关键作用,指出管理方式改变将导致年反照率下降8-81%。建议森林政策制定需综合考量碳汇与反照率效应,特别是雪期管理措施。

  在北半球的针叶林生态系统中,表面反照率作为一个重要的气候调节因子,其变化对全球气候系统具有深远影响。近年来,随着对森林碳汇功能的关注不断加深,森林管理方式的选择成为影响气候效益的关键因素之一。特别是在芬诺斯堪的亚(Fennoscandia)地区,人们对于如何通过优化森林管理以实现气候调节与生态系统服务之间的平衡展开了激烈讨论。然而,尽管反照率在森林碳循环中的作用被广泛认可,其在不同森林管理类型之间的差异,尤其是在火灾后与采伐后森林之间的对比,却常常被忽视。本研究旨在探讨这些差异,并评估其对气候调节的潜在影响,从而为未来的森林管理策略提供科学依据。

研究采用了一种“空间替代时间”的方法,通过对比不同森林类型在时间维度上的发展过程,分析了反照率随时间的变化趋势。具体而言,研究在瑞典北部建立了两个不同的森林年龄梯度(chronosequences):一个是未受人为干扰的火灾后森林,另一个是经过人工采伐的管理森林。这两个梯度分别涵盖了4至375年以及1至109年的森林年龄范围。通过利用Sentinel-2卫星的高分辨率反射率数据,研究团队获取了每月的反照率信息,并结合地面调查和树木测量数据,对不同森林类型和年龄的反照率进行了系统分析。

研究结果表明,反照率随时间的推移在管理森林中显著下降,而在未管理的火灾后森林中则相对稳定。例如,在年轻(<30年)的管理森林中,平均年反照率为0.36±0.04,远高于同龄的未管理火灾后森林的0.18±0.04。这一差异在冬季尤为明显,因为雪地的高反照率在冬季对整体森林反照率有显著贡献。相比之下,成熟森林的反照率在两种类型之间趋于接近,但在整个森林年龄梯度中,未管理森林的平均反照率(0.17±0.05)仍显著低于管理森林(0.23±0.10)。这些结果揭示了森林管理方式对反照率的长期影响,并表明,尽管未管理森林在碳储量方面可能具有优势,但其在反照率方面的表现可能不如管理森林。

进一步分析表明,冬季的反照率变化对森林整体反照率具有重要影响。在未管理森林中,随着森林年龄的增长,冬季反照率的变化并不明显,这可能与森林结构的复杂性有关。未管理森林通常具有较高的结构异质性,包括更复杂的树冠层和多样化的植被组成,这使得其在不同季节的反照率变化更为复杂。而管理森林由于人为干预,通常在早期阶段具有较高的反照率,随后随着树冠的闭合而逐渐下降。这种变化趋势表明,森林管理方式不仅影响碳储量,还显著影响其对地球能量平衡的贡献。

研究还发现,火灾的严重程度对反照率的影响具有重要影响。在火灾后的森林中,尤其是高严重度火灾后,反照率在夏季会显著降低,这主要归因于火灾残留物如焦炭和枯枝对反照率的抑制作用。然而,在冬季,由于雪地覆盖,未管理森林的反照率通常低于管理森林。这一现象可能与火灾后残留的枯立木(snags)有关,它们在冬季会显著降低反照率,尤其是在雪覆盖的情况下。相比之下,管理森林由于采伐后种植了新的树木,其冬季反照率可能相对较高。因此,火灾后的森林在反照率方面可能不如管理森林稳定,尤其是在冬季。

此外,研究还探讨了将轮伐管理转变为未管理森林的潜在影响。模拟结果显示,如果将管理森林转换为未管理森林,反照率通常会下降,尤其是在轮伐周期较短的情况下。例如,当轮伐周期为50至70年时,转换为未管理森林的反照率会显著降低,导致整体的气候冷却效应减弱。然而,在某些特定情况下,如轮伐周期较长的未管理森林,反照率可能会有所上升,这可能与森林结构的恢复和雪地覆盖的变化有关。因此,森林管理方式的改变可能会对反照率产生复杂的影响,进而影响其对气候的调节作用。

研究还指出,连续覆盖森林管理(continuous cover forestry)作为一种替代轮伐管理的森林经营方式,可能在反照率方面带来显著的变化。连续覆盖森林管理强调维持森林的结构多样性和自然更新过程,这可能有助于提高冬季反照率,从而增强森林的气候调节能力。然而,目前关于这种管理方式对反照率的具体影响的研究仍较为有限,尤其是在北欧地区。因此,进一步的研究需要关注不同森林结构和植被组成对反照率的影响,以及这些因素如何在不同气候条件下发生变化。

总体而言,本研究的结果强调了在制定森林管理策略时,必须综合考虑反照率这一气候调节因子。反照率的变化不仅影响森林的碳储量,还对气候系统的能量平衡产生重要影响。因此,未来的森林管理实践需要在优化碳汇能力的同时,考虑到反照率的潜在影响,以实现更全面的气候调节和生态系统服务的平衡。此外,随着全球气候变化的加剧,森林管理方式可能会发生变化,这需要进一步的研究来评估其对反照率和气候效应的长期影响。
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