中国人工林对地表温度的调控效应及其生物物理机制解析

为揭示人工林(PF)对气候变化的调控作用，研究人员基于卫星观测数据(2003-2012)量化了中国人工林对地表温度(LST)的影响。研究发现：PF相比天然林(NF)产生微弱日间降温(-0.005±0.002 K)，而较草地(GRA)和农田(CRO)分别显著降温-0.253±0.004 K和-0.162±0.002 K；通过改进的本征生物物理机制(IBM)方法证实，地表粗糙度和鲍恩比(Bowen ratio)主导降温效应，反照率(α)贡献较弱。该研究为林业工程的气候效益评估提供了新依据。

　　

【研究背景】
全球变暖背景下，造林被视为缓解气候变暖的有效策略。中国自1970年代启动大规模造林工程后，已成为全球人工林(PF)面积最大的国家。虽然人工林作为持久碳汇的功能已被广泛证实，但其通过生物物理过程（如反照率、蒸散发和地表粗糙度变化）对地表温度(LST)的调控机制仍不明确。现有研究多聚焦天然林(NF)，忽视了人工林与天然林的差异，且生物物理效应的空间异质性（热带降温、寒带增温）使评估复杂化。中国实施的三北防护林(TNSP)等重大工程亟需量化其气候调节效益，这正是本研究的核心科学问题。

【研究方法】
中国某研究团队利用2003-2012年卫星观测数据，结合改进的本征生物物理机制(IBM)理论，量化了草地(GRA)、农田(CRO)和天然林(NF)转为人工林对LST的影响。关键技术包括：1) 基于GlobeLand30土地覆盖数据识别PF转换区域；2) 整合MODIS LST、反照率(α)、发射率(ε)及气象数据(气温T_a、短波辐射R_si等)；3) 通过能量平衡方程计算感热通量；4) 采用修订的IBM方法解析生物物理变量（粗糙度、鲍恩比、反照率）对ΔLST的贡献。

【研究结果】

1. 中国PF对LST的影响
   转换GRA至PF产生最强日间降温(-0.76±0.007 K)，其次为CRO(-0.64±0.004 K)，NF转换仅微弱降温(-0.021±0.003 K)。夜间则呈现增温效应，尤以CRO转换最显著(0.317±0.003 K)。

2. 生物物理机制解析
   修订IBM方法显示：地表粗糙度增加和鲍恩比降低（蒸发冷却增强）是降温主因，反照率(α)贡献较弱且呈微弱增温效应。大气反馈对LST影响显著，需纳入归因分析。

3. 区域异质性
   温带地区PF降温效应最明显，与热带/寒带形成对比，印证了生物物理效应的气候依赖性。

【结论与意义】
该研究首次系统量化了中国人工林的生物物理气候效应，证实PF相比天然林降温有限，但对农田和草地的转换具有显著气候效益。修订的IBM方法为解析LST变化机制提供了可靠工具，揭示粗糙度和蒸发冷却的主导作用。成果发表于《Agricultural and Forest Meteorology》，为中国未来造林工程的科学规划提供了关键理论支撑，填补了人工林与天然林生物物理效应差异的研究空白。