基于观测发现高纬度地区森林砍伐局地降温的增加外文翻译资料

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基于观测发现高纬度地区森林砍伐局地降温的增加

Xuhui Lee¹, Michael L. Goulden², David Y. Hollinger³, Alan Barr⁴, T. Andrew Black⁵, Gil Bohrer⁶, Rosvel Bracho⁷, Bert Drake⁸, Allen Goldstein⁹, Lianhong Gu¹⁰, Gabriel Katul¹¹, Thomas Kolb¹², Beverly E. Law¹³, Hank Margolis¹⁴, Tilden Meyers¹⁵,Russell Monson¹⁶, William Munger¹⁷, Ram Oren¹¹, Kyaw Tha Paw U¹⁸, Andrew D. Richardson¹⁹, Hans Peter Schmid²⁰, Ralf Staebler²¹, Steven Wofsy¹⁷ amp; Lei Zhao¹

School of Forestry and Environmental Studies, Yale University, New Haven, Connecticut 06511, USA. Department of Earth System Science, University of California, Irvine, California 92697, USA.USDA Forest Service, Northern Research Station, Durham, New Hampshire 03824, USA. ⁴Climate Research Division, Environment Canada, Saskatoon, S7N 3H5, Canada. ⁵Faculty of Land and Food Systems,University of British Columbia, Vancouver, V6T 1Z4, Canada. ⁶Department of Civil and Environmental Engineering and Geodetic Science, Ohio State University, Columbus, Ohio 43210, USA. ⁷School ofForest Resources and Conservation, University of Florida, Gainesville, Florida 32611, USA. ⁸Smithsonian Environmental Research Center, Edgewater, Maryland 21037, USA. ⁹Department of Environmental Science, Policy and Management, University of California, Berkeley, California 94720, USA. ¹⁰Environmental Science Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37831, USA. ¹¹Nicholas School of the Environment and Earth Science, Duke University, Durham, North Carolina 27708, USA. ¹²School of Forestry, Northern Arizona University, Flagstaff, Arizona 86011, USA. ¹³College of Forestry, Oregon State University, Corvallis, Oregon 97331, USA. ¹⁴Centre drsquo;Eacute;tude de la Forecirc;t, Faculteacute; de Foresterie, de Geacute;ographie et de Geacute;omatique, Universiteacute; Laval, Queacute;bec City, Queacute;bec, G1V 0A6, Canada. ^{15 16 17}NOAA/ARL/ATDD, Oak Ridge, Tennessee 37830, USA. Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of Colorado, Boulder, Colorado 80309, USA. School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, Cambridge, Massachusetts 02138, USA. ¹⁸Department of Land, Air and Water Resources, University of California, Davis, California 95616, USA. ¹⁹Department of Organismic and Evolutionary Biology, Harvard University, Cambridge, Massachusetts 02138, USA. ²⁰Institute of Meteorology and Climate Research, Karlsruhe Institute for Technology, 82467 Garmisch-Partenkirchen, Germany. ²¹Processes Research Section, Environment Canada, Toronto, Ontario, M3H 5T4, Canada.

中高纬度的森林砍伐很有可能是通过改变生物物理过程使地球表面冷却^1-3。在大陆尺度降水的气候模式中，降温是由地表反照率的增加引起的，并且被陆地反照率—海冰反馈作用加强^4,5。这种反馈在模型预测中至关重要;否则，其他生物物理过程可能会超过反照率效应从而造成变暖的效应⁵。正在进行的土地利用活动，例如减缓气候变化的土地管理，是发生在局地的公顷规模上的，这种土地利用活动可能因为尺度太小而不能产生反馈，而且不知道内在的生物物理机制能改变地表温度的方式是否一致^6,7。大面积的森林砍伐对气候的影响并没有直接的观测资料来证明。在这里，我们发现在开阔土地上，表面气温是低于附近林地的。在45°N以北0.85plusmn;0.44K（平均差plusmn;标准差），朝南0.21plusmn;0.53K。在35°N以南，有迹象表明森林砍伐会导致气候变暖。结果是利用了美国和加拿大森林涡度协方差塔的温度，以及附近代表小面积砍伐裸地的地面气象站的Wendy。与地表反照率变化无关的夜间温度变化是总体降温效应的重要贡献因素。观测到的降温的纬度依赖性与理论预期在白天和夜晚不同纬度上通过对流和辐射造成的能量损失的变化相一致的，其后者在气候模式中仍然不确定⁸。

在北美，比较FLUXNET（www.fluxnet.ornl.gov）森林塔⁹(补充表1和补充图1)和表面气象站（图1)的表面空气温度记录区别能明显的发现土地利用影响的纬度地带性。在这里，我们使用地表气象站作为森林砍伐裸地的代表。根据世界气象组织的要求，这些气象站位于开阔的草地上，它们具有类似于砍伐裸地的生物物理特征，例如在冬季北部的北纬地区会被雪覆盖¹⁰。纬度解释了森林用地和相邻的裸地之间的温差差异的31%(站点对n=37)。温度变化随纬度的变化速率为-0.070plusmn;0.010K每度(平均值plusmn;标准差，Plt;0.005)。（缺一句话）如果将Rn作为自变量，则相关性为正(图1b，线性相关系数0.55,Plt;0.005)。将站点对观测数据与有限的热带FLUXNET数据结合起来表明，纬度依赖性可能在配对分析的南部区域平稳（插图见图1a）。

对于45°N以北的站点对（图2a），年平均温度差异为-0.85plusmn;0.44K（平均值plusmn;1标准差），与北半球大范围土地利用变化的气候模拟结果一致，但弱于该模型^11，12。如果我们通过北半球FLUXNET站点集群数据（补充表2）近似这些站点对的净短波辐射变化，我们得到当地表观气候敏感度约为0.027KW/m²。月平均温度差异并不依赖于季节（图2a）；模拟的从3月到5月^12，13的最高温度变化在我们的数据中并没有出现，这表明在真实的大气中有一些强烈的补偿信号。

对于45°N以南的站点对（图2b），年平均温度差异为-0.21plusmn;0.53K，表观灵敏度约为0.012KW/m²。这个现象存在弱季节性，1月份裸地比森林（-0.52K）跟冷冷，6月略微偏暖（0.08K）。相比之下，与18世纪以来，在中纬度地区发生的与历史森林砍伐相关的制冷信号为0.5-1.0K.

通过分析内在的生物物理机制可以理解纬度依赖性。森林的表面反照率低于灌木，草地和牧场^6，7，14。森林砍伐减少的净短波吸收量Delta;S取决于气候区域。如果辐射是所涉及的唯一能量转移过程，则局部表面温度将响应于砍伐森林导致的表面辐射量的减少而下降。与全球分析^15，16类似，表面温度变化是Delta;T_s=lambda;₀Delta;S，其中Delta;S＜0和由长波辐射反馈产生的温度灵敏度lambda;₀=1/(4sigma;T_s³）asymp;0.2KW^-1m²（T_s是表面温度，sigma;是斯蒂芬-玻尔兹曼常数）。实际温度变化还取决于通过对流和蒸散的能量重新分配。由于森林具有较大的空气动力学粗糙度，因此其上方的大气边界层比裸地上方的大气边界层更能有效的消散显热⁶。在潮湿的大气中，它们也会从表面移除更多的潜热¹⁴，这种潜热会被云雾凝结释放到大气边界层以上。

内在的生物物理机制可以表示为响应这些能量交换过程变化的温度变化：

Delta;T_sasymp;lambda;₀Delta;S/(1 f) (-lambda;₀)R_nDelta;f/(1 f)² (1)

其中f（gt;0）是能量再分配因子。等式（1）揭示了生物物理效应的许多有用特性。右边第一项（辐射强迫项）是由反照率变化引起的，但总是受能量再分配的影响。森林变化为开阔地时，第二项（能量再分配）有两个附加成分，这些成分是由鲍文比和表面粗糙度的变化造成的，并且这个日变化都是正值。由于这些项具有相反的符号，因此当地对气候变化的敏感度不能超过lambda;₀的上限，有时甚至可能为负值⁶。方程（1）提醒了R_n以前未被认识到的作用，即在低纬度地区放大了粗糙度和鲍文比变化的影响作用，并且减小了高纬度地区粗糙度和鲍文比变化的作用。因为随着纬度

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