2006-2019年北半球中纬度实际土地覆盖变化的生物物理温度响应时序特征及其气候调控意义

本研究针对土地覆盖变化(LCC)对地表温度(LST)生物物理效应的时序动态这一研究空白，基于2006-2019年卫星遥感数据，系统分析了北半球中纬度地区(NM, 20°N-50°N)五种主要LCC类型（荒漠-草地转化、城市化、耕地扩张等）的温度响应趋势。研究发现城市化持续增温与耕地扩张冷却效应相互抵消，且二者影响强度呈下降趋势(-0.012 K/decade)，揭示了非辐射效应主导的调控机制，为区域土地管理政策提供了量化依据。

　　

全球变暖背景下，土地覆盖变化(Land Cover Change, LCC)作为仅次于温室气体的气候驱动因子，其生物物理效应通过改变地表反照率、蒸散发等过程直接影响局地温度。然而现有研究多聚焦空间格局分析，对LCC温度响应的时序动态认知严重不足——这可能导致政策制定滞后甚至失误。尤其在北半球中纬度(Northern Mid-latitudes, NM)这一人口密集区，人类活动驱动的城市化、耕地变化等LCC类型交互作用，其温度效应如何随时间演变成为关键科学问题。

针对这一挑战，中国科学院等机构的研究团队在《Agricultural and Forest Meteorology》发表研究，首次基于2001-2023年ESA CCI-LC和MODIS LST等遥感数据，采用"时空双对照法"(space-and-time scheme)，系统解析了NM区域(20°N-50°N)LCC温度效应的多尺度动态特征。研究创新性地融合移动窗口分析和能量平衡分解方法，不仅识别出主导LCC类型，更揭示了其温度响应的衰减机制。

关键技术方法
研究整合多源遥感数据：1) ESA CCI-LC提供0.05°分辨率年度土地覆盖数据；2) MODIS LST反演地表温度；3) CERES辐射和MCD43C3反照率数据量化能量通量。通过构建"变化-未变化"像对消除背景气候干扰，采用趋势分析(Mann-Kendall检验)和多元线性回归解析温度效应时序特征，并基于地表能量平衡方程分解辐射与非辐射效应贡献。

主要研究结果

Annual LCC occurrence area and cumulative dominant types
2006-2019年NM区域LCC面积呈"上升-下降-骤增"波动趋势，2018年达峰值(>41,000 km²
)。五类主导LCC占总量72%：荒漠-草地相互转化(31.2%)、耕地流失(18.7%)、城市化(12.1%)和耕地扩张(10%)，空间上呈现东亚以耕地变化为主、北美以荒漠-草地转化为核心的异质性分布。

Temporal trends of biophysical effects
尽管全区域LCC净温度效应仅0.003 K，但掩盖了显著的类型差异：城市化导致持续增温(0.15 K/decade)，而耕地扩张产生冷却效应(-0.11 K/decade)，二者相互抵消。值得注意的是，两类LCC的温度影响强度均呈下降趋势(-0.012 K/decade)，能量平衡分解表明这主要由非辐射效应(如蒸散发效率改变)驱动。

Discussion
研究突破传统"空间换时间"法(space-for-time)的静态局限，首次量化了LCC温度效应的衰减特征。城市化增温减弱可能与绿地配置优化有关，而耕地扩张冷却衰减或反映水分限制加剧。这种动态特征说明现有气候模型若忽略时序变化，可能高估LCC的长期温度影响。

Conclusions
该研究建立了LCC生物物理效应动态评估新范式，揭示出：1) NM区域LCC温度效应具有显著时空异质性；2) 城市化与耕地扩张的对抗性效应形成气候调节"缓冲带"；3) 非辐射过程主导的温度效应衰减暗示植被气候适应性可能增强。这些发现为精准预测区域气候变化、制定差异化土地管理政策提供了科学依据，特别提示需动态调整基于静态评估的碳汇政策。