Биофизические последствия озеленения земли могут существенно смягчить региональное потепление температуры поверхности земли.

Nature Communications, том 14, номер статьи: 121 (2023) Цитировать эту статью

14 тысяч доступов

5 цитат

453 Альтметрика

Подробности о метриках

Изменение растительности может изменить баланс поверхностной энергии и впоследствии повлиять на местный климат. Это биофизическое воздействие было хорошо изучено на примере лесонасаждений, но знак и величина устойчивого озеленения земли остаются спорными. На основе многолетних дистанционных наблюдений мы количественно оценили однонаправленное влияние озеленения растительности на радиометрическую приземную температуру за 2001–2018 гг. Здесь мы показываем глобальную отрицательную температурную реакцию с большой пространственной и сезонной изменчивостью. Снежный покров, зелень растительности и коротковолновая радиация являются основными движущими факторами температурной чувствительности, регулируя относительное доминирование радиационных и нерадиационных процессов. В сочетании с наблюдаемой тенденцией к озеленению мы обнаруживаем глобальное похолодание на -0,018 К/десятилетие, что замедляет глобальное потепление на 4,6 ± 3,2%. На региональном уровне этот эффект охлаждения может компенсировать 39,4 ± 13,9% и 19,0 ± 8,2% соответствующего потепления в Индии и Китае. Эти результаты подчеркивают необходимость учета этого биофизического климатического эффекта, связанного с растительностью, при обосновании местных стратегий адаптации к климату.

Согласно спутниковым наблюдениям, начиная с 1980-х годов на Земле наблюдается повсеместное озеленение, главным образом из-за крупномасштабного изменения климата и воздействия CO2-удобрений1,2. Такое озеленение может смягчить глобальное потепление, вызвав негативную биохимическую обратную связь с климатической системой, что означает увеличение удаления CO2 из атмосферы посредством процесса фотосинтеза растительности3,4,5. Между тем, озеленение земли может также изменить биофизические свойства поверхности, включая уменьшение альбедо (увеличение поглощения коротковолнового излучения, известного как радиационный процесс) и уменьшение аэродинамического или поверхностного сопротивления (повышение эффективности испарения воды или тепловой конвекции между поверхности земли и атмосферы, известный как безрадиационный процесс), тем самым влияя на местную температуру6,7,8. Эти биофизические обратные связи могут усиливать, компенсировать или даже обращать вспять биохимическую силу, противодействующую глобальному потеплению, и поэтому привлекли большое внимание в последние годы9,10,11.

Многочисленные усилия были направлены на количественную оценку биофизического климатического эффекта преобразования типов растительности, распространенной ситуации в землепользовании/изменениях растительного покрова (LULCC), таких как обезлесение/облесение (леса в другие типы растительности), лесные пожары (леса в бесплодные земли). и мелиорация (прочая растительность на пахотных землях)12,13,14,15,16,17. Однако эти крайние случаи смены типа растительности происходят только в определенных регионах. Анализ температурного воздействия устойчивого и широко распространенного озеленения Земли может оказаться более конструктивным для разработки более эффективных стратегий смягчения последствий изменения климата или политики адаптации в различных масштабах.

Наблюдения дистанционного зондирования и модели системы Земли (ESM) предоставляют инструменты для изучения воздействия на климат широкомасштабного озеленения2. Из-за неопределенности основных физических процессов, схем параметризации и входных данных модели имеют недостатки в воспроизведении процесса разделения энергии растительных поверхностей, что приводит к искаженным результатам18,19. Между тем, трудно отделить однонаправленный сигнал об озеленении растительности, влияющий на местный климат, от совместного развития спутникового индекса растительности и температурных наблюдений20,21. Таким образом, предыдущие исследования остаются дискуссионными с точки зрения знака и величины температурной реакции на озеленение Земли20,22.

Это исследование направлено на обеспечение надежных наблюдательных ограничений биофизического воздействия озеленения на местную температуру. С этой целью мы оцениваем потенциальную реакцию температуры на изменение зелени по всему земному шару в период с 2001 по 2018 год, используя спутниковые данные о температуре поверхности земли (LST) и индексе площади листьев (LAI) в качестве диагностических переменных. Из-за сложного двунаправленного эффекта между ростом растительности и изменением температуры используется стратегия пространственного перемещения окна, основанная на подходе «пространство-время», чтобы исключить влияние долгосрочных климатических сигналов на рост растительности и приобрести чувствительность LST к ЛАИ23,24. Затем полученная чувствительность LST обсуждается для различных климатических условий и типов растительности в годовом и сезонном масштабах. Более того, мы разлагаем эту чувствительность на вклады нерадиационных, радиационных и косвенных климатических обратных связей для дальнейшего анализа движущих факторов6. Наконец, наблюдаемые данные LAI за период исследования объединяются с картами чувствительности LST для изучения климатического эффекта, связанного с озеленением. Этот расчетный сигнал впоследствии сравнивается с наблюдаемыми историческими изменениями температуры, чтобы оценить потенциальные климатические выгоды от озеленения в глобальном и региональном масштабах.