《SCIENCE ADVANCES》：Climate mitigation potential for targeted forestation after considering climate change, fires, and albedo
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在全球气候变暖的背景下，造林固碳的实际效果存在诸多争议。研究人员围绕 “考虑多种因素后造林的碳固存潜力” 展开研究，利用耦合地球系统模型，发现全球造林在 2021 - 2100 年可缓解 31.3 - 69.2 Pg Ceq ，这为精准规划造林策略提供了依据。
在全球气候持续变暖的严峻形势下，寻找有效的碳减排途径成为科学界和社会各界关注的焦点。造林（afforestation）和再造林（reforestation）作为重要的碳减排手段，被寄予厚望。然而，目前关于造林碳固存潜力的评估却存在诸多争议。以往基于卫星的评估往往忽略了关键因素，如地球物理过程、植被 - 气候反馈（vegetation - climate feedback）、气候变化的细微影响以及各种干扰因素，导致对造林碳固存潜力的估计不准确。而且，造林引起的地表反照率（albedo）变化对气候的影响也未得到充分考虑，这些不确定性使得造林在实现全球碳减排目标中的实际作用难以明确。
为了解决这些问题，来自未知研究机构的研究人员开展了一项深入研究。他们通过整合耦合地球系统模型（ESM）与卫星衍生的潜在树木覆盖图，对全球造林计划的碳固存潜力进行量化，并分析了气候变化、干扰和地表反照率对该潜力的影响。研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为科学评估造林的气候缓解潜力提供了重要依据。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是利用耦合地球系统模型，其中 CESM2 模型能较好地模拟植被对气候变化的响应、碳氮循环以及火灾影响；二是通过卫星衍生的潜在树木覆盖图确定全球造林的候选区域，并结合 IPCC 预测的土地利用变化进行分析；三是设置对照实验和造林实验，对比分析净生态系统生产力（NEP，指从初级光合作用生产力中减去凋落物和土壤的自养和异养呼吸后的净碳储量变化）和净生物群系生产力（NBP，指陆地与大气之间的净碳交换，包括与火灾、土地利用和采伐相关的干扰通量）的变化。
碳固存潜力在气候变化下的表现
研究人员预测，2021 - 2035 年在约 0.88 亿公顷土地上造林，到本世纪末累计额外潜在碳固存可达 125.0 ± 1.36 Pg C（∑NEP）。2021 - 2035 年造林使 ΔNEP 大幅增加，2035 年达到峰值 3.2 ± 0.7 Pg C year?1 ，之后逐渐下降但多数年份仍为正值。从区域来看，热带地区∑NEP 增加最显著，其次是温带地区，北方和干旱地区增加相对较低。不过，该估计未考虑干扰和反照率变化等关键抵消因素对固碳潜力的影响。
干扰对碳固存潜力的影响
干扰（尤其是火灾）会调节造林的碳固存潜力。研究发现，与干扰相关的碳损失以 - 0.005 Pg C year?2 （P < 0.01）的速率稳定增加，2021 - 2100 年共减少 - 48.7 ± 0.4 Pg C。全球范围内，干扰引起的碳损失集中在具有较大碳固存潜力的地区。去除干扰导致的碳损失后，2021 - 2100 年陆地与大气之间的净碳交换（∑NBP）为 76.3 ± 1.7 Pg C ，热带和亚热带地区以及部分中高纬度地区仍有较大碳储存潜力，但该研究未充分考虑其他干扰现象和人为因素的影响。
造林相关反照率变化对净碳储存的影响
造林引起的反照率变化会改变辐射强迫，进而影响碳固存效果。研究估计，全球因地表反照率变化导致的碳储存潜力减少为 - 38.8 ± 6.9 Pg Ceq 。反照率变化导致的 EESF（短波辐射强迫的排放当量）使∑NBP 减少近一半，全球种植 0.88 亿公顷土地后的净碳储存（NetC）为 37.5 ± 6.2 Pg Ceq 。在许多中高纬度国家，造林的 NetC 当量有限，甚至会产生净变暖效应。但通过针对性策略选择合适造林区域，可使碳缓解当量达到 69.2 ± 2.7 Pg Ceq 。
不同造林地图下的全球缓解潜力
研究人员通过外推模型计算的∑NBP 和 EESF 到另外三张全球造林潜力地图上，得出更保守的估计。结果显示，定向全球造林可在 0.38 - 0.65 亿公顷候选区域内固存 31.3 - 69.2 Pg Ceq 。从国家尺度看，巴西、中国、澳大利亚等国的造林潜力较大，中高纬度国家在选择正 NetC 区域后也有一定的缓解潜力。
造林与 IPCC 预测土地利用情景的协调
将造林情景与 IPCC 预测的土地利用情景相结合面临诸多挑战，如需要减少潜在造林区域的土地利用冲突，区分受干扰的牧场和自然敏感草原等。目前的模拟可能误将一些敏感草原和对生计至关重要的土地识别为造林候选区域，未来模型应纳入放牧现象以提高模拟准确性。
对碳固存政策的意义
许多国家将造林相关的碳去除作为应对气候缓解目标的关键策略，但目前部分国家承诺的造林面积不足以实现其碳固存潜力，中高纬度国家确定碳缓解当量存在不确定性。研究表明，不同的造林地点选择会导致差异巨大的缓解结果，因此精准确定合适的造林地点对于提高碳缓解潜力至关重要。
综上所述，该研究全面评估了考虑多种因素后全球造林的气候缓解潜力，明确了不同区域的造林潜力差异，强调了干扰和反照率变化对造林碳固存的重要影响。研究结果为制定科学合理的造林政策、优化造林策略提供了有力的理论支持，有助于在全球范围内更有效地实现碳减排目标，推动应对气候变化的行动。同时，研究也指出了当前研究的局限性，为后续进一步深入研究提供了方向。
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