区域下垫面和温室气体变化对气温的调节效应研究

Land underlying surface and greenhouse gases (LUS & GHG) are two important climate-forcing factors. Land use/cover change can directly influence the physical characteristics of LUS, and change the greenhouse gases emission depending on LUS. Land use/cover regulate climate through both biogeochemical and biophysical mechanisms. Recent modelling studies suggest that these biophysical components may be comparable with biochemical effects. However, In regard to climate change, the effects of these two distinct processes may counterbalance one another both at regional and possibly, global scale. Focusing on the scientific problem, in this study, through land use/cover changes analysis in North China, we obtain the annual temporal-spatial changes of LUS and GHG in recent years. Moreover, we use Weather Research and Forecasting model (WRF) simulate and contrast the biophysical and biochemical effects of LUS and GHG. we also analyze that the sum and net effects on regional thermal forcing and temperature changes of both biophysical and biochemical effects. This study can effectively clarify the mechanisms of the two climate-forcing factors on regional temperature, and systematically evaluate the climate-regulation effects of land use/cover change. This study aims to break through the scale limit of analyzing the climatic effects of land use/cover change, and explore the impact of LUS and GHG on the thermal balance and temperature at regional scale.

地表下垫面和温室气体(LUS & GHG)通过生物地球物理和生物地球化学机制共同影响着气候系统，这两种机制的气候作用会有相悖的情况。而土地利用变化既直接影响下垫面的物理性质，又改变其承载的温室气体排放量，因此，本研究针对此问题，以华北地区土地利用变化为基准，联立其温室气体排放，得到LUS和GHG自2000年以来的变化特征；并通过区域气候模式模拟LUS和GHG对应的生物地球物理和化学效应，系统分析这两种机制下土地利用变化对区域辐射/能量及近地表气温的综合影响；并评估土地利用变化对区域气温的调节效应。本研究力求深入探讨LUS和GHG对热收支和气温的影响。

地表下垫面和温室气体(LUS & GHG)通过生物地球物理和生物地球化学机制共同影响着气候系统，这两种机制的气候作用会有相悖的情况。而土地利用变化(LUCC)既直接影响下垫面的物理性质，又改变其承载的温室气体排放量，因此，本研究针对此问题，联立土地利用及其对应的温室气体量，得到LUS和GHG的变化特征；并系统分析生物地球物理和化学这两种机制下LUCC对区域热收支和气温的作用机制。. 得到的基本研究结论有：（1）土地利用及其承载温室气体量变化模拟：利用新方法制备的土地利用逐年数据和GHGV模型得到了百年尺度生态系统承载的温室气体量，并结合中国土地利用变化情况加以分析；（2）温室气体变化及其辐射强迫分析：利用Carbon Tracker 2017的CO2同化数据集，分析了中国陆域表面CO2时空分布和动态变化，通过CO2引起的辐射强迫量化了其气候效应，并评估了中国2000-2016年人为碳排放及考虑陆域碳汇对全球辐射强迫的相对贡献（<10%和<8%）；（3）在生物地球物理和化学对比方面：分析不同土地利用类型的地表反照率及其辐射强迫，并通过技术全球增温潜势转化物理影响为CO2当量，从而使物理和化学效应具有可比性；（4）在物理机制方面，以北京市为例，基于辐射平衡和能量收支，分析了LUCC对应的辐射强迫，并利用区域气候模式WRF模拟分析了LUCC通过能量收支对气温的调节效应。发现人类活动在区域上持续增强着辐射强迫和升温；（5）承接前期机理研究工作进行实践探索，利用CO2同化数据和“碳-气候”模型，在中美俄加四国进行大尺度陆域碳汇的人为增温消减贡献研究，发现四国陆地生态系统的降温效应达-0.013 W m-2，可消减人为碳排放增温效应的45.06%。. 本研究在区域上深入探讨LUS和GHG对热收支和气温的影响，旨在为科学认识土地利用与气候变化关系提供机理和实证支撑，为土地利用调控提供科学依据，并为我们国家在气候变化谈判和“碳中和”管理方面提供支撑。