文章信息：Xi Yi, Peng Shushi, Philippe Ciais, & Chen Youhua. (2021). Future impacts of climate change on inland Ramsar wetlands. Nature Climate Change: 11(1), 45–51. https://doi.org/10.1038/s41558-020-00942-2

阅读笔记：袁聪聪

阅读时间：2020年11月4日

1.选题背景：

湿地仅覆盖了陆地面积的10%，却在全球的碳、水和能量循环以及生物多样性保护等方面发挥着非常重要的作用。清查资料和遥感数据均显示，过去几十年全球的湿地面积正在逐渐减少。人类活动一直被视为湿地退化最主要的驱动力，而气候变化对湿地及其生态系统功能的影响尚不清楚，这大大限制了未来气候变化情景下湿地保护政策的制定和实施。

为了促进全世界湿地的保护和明智利用，1971年签署了《湿地公约》（《拉姆萨尔公约》），这是唯一一项以湿地为重点的国际协定。截至2018年9月，根据拉姆萨尔指定9项标准（补充表1），2339个湿地被指定为国际重要湿地。这些湿地具有代表性、罕见性或独特性，对保护生物多样性具有特别重要的意义。在所有拉姆萨尔遗址中，有1352个内陆湿地，覆盖200万km2，全球内陆湿地面积的15%左右（图1a）；就地区范围，47%的内陆拉姆萨尔站点分布在欧洲，19%分布在非洲。

2.研究方法：

作为调查全球内陆拉姆萨尔湿地的湿地面积过去和未来变化的一种手段，我们采用了基于TOPMODEL的诊断模型:

作为调查全球内陆拉姆萨尔湿地的湿地面积过去和未来变化的一种手段，我们采用了基于TOPMODEL的诊断模型。 TOPMODEL已根据局部地形分布广泛应用于将流域或网格尺度的平均水位深度降到湿地分数。在这项研究中，TOPMODEL使用以每月网格水位深度处于0.5°×0.5°的分辨率，该深度取自1980-2014年GLDAS-Noah v.2.0的土壤湿度（SM）和气候模型比较项目第5阶段（CMIP5）未来预测（2006-2100年）的气候模型。然后，通过利用复合地形指数（CTI）数据将较粗的地下水位缩小至500μm×500μm的分辨率，提取每个网格单元和每个多边形的内陆拉姆萨尔地区的湿地分数。

使用基于观测的RFW map10（方法）对模型中的关键参数进行校准。对校准模型对观察到的湿地面积的性能评估表明，大多数地区的均方根误差均小于3％，而所有拉姆萨尔地区的均方根误差均小于1％。对于未来的预测，本研究考虑了四个代表性的集中途径（RCP），不同气候模型为SM的预测（方法）提供了未来湿地面积变化的不确定性。

3.研究结论：

（1）拉姆萨尔内陆湿地的历史变化

基于GLDAS-Noah v.2.0中的SM的历史模拟显示，从1980年到2014年，全球内陆Ramsar站点的面积减少了47％，其中三分之一的面积损失超过10％。 在基线面积较大的站点中，有16％的站点发现了超过10％的湿地面积增长。

图 1250个拉姆萨尔内陆地区湿地面积和SM的历史变化

从1980年到2014年，全球内陆拉姆萨尔湿地的变化。a、 场地区域的空间格局。b、 基于GLDAS Noah v.2.0的SM模拟湿地面积变化。c、 GLEAM年平均根区SM的趋势。d、 GLDAS Noah 2.0版的年均总SM趋势。

这导致内陆拉姆萨尔湿地的全球面积净增加（31,000平方千米；3％）。卫星数据也反映了地表水变化的征兆，这表明过去三十年来整个站点的地表水面积增加了9,000 km2。。在空间上，整个拉姆萨尔湿地的历史湿地变化分布与区域湿润或干燥趋势的独立观测结果一致（图1c，d）。湿地面积增加的地区主要位于非洲，东南欧，墨西哥和中美洲等较湿润的地区。这些区域还显示出全球陆地蒸发阿姆斯特丹模型的年均根区SM和年降水量减去蒸发蒸腾量（P-ET）的持续增加。相反，根据我们的模拟，湿地面积减少的地点主要位于北欧，中亚和南美等干旱地区。这些模式表明对全球分布的拉姆萨尔湿地的湿地面积趋势进行了一定程度的气候非线性控制。

（2）拉姆萨尔内陆湿地的未来变化

本世纪末，与参考期（1981-2000年）相比，在 RCP 2.6 下，预计到 2100 年，北欧和亚洲各地的年降水量将增加 4-8%，地中海、澳大利亚和南非的年降水量将减少 2% 以上。在 RCP 8.5 下，站点的年降水量变化幅度约为三倍，无论是减少地区，地区增加地区。到本世纪末，在 RCP 8.5 下，内陆拉姆萨尔站点的 SM 总产量下降了 79%，在 RCP 2.6 下，10%站点的水分含量下降大于 10%，而 RCP 2.6 下下降超过 10% 的站点。即使SM的少量减少，也可能对拉姆萨尔遗址未来的湿地面积产生相当大的影响。在这项研究中，我们通过将基于TOPMODEL 的诊断模型应用于每个站点来解决这个问题，该模型由 CMIP5 气候模型在四个 RCP 情景下通过偏置校正的 SM 输出强制处理，这使我们能够估计气候模型传播的不确定性以及影响分析中不同情景的信号（方法）。

我们首先研究湿地面积损失。在 RCP 2.6 的低变暖水平下，预计湿地损失超过 10% 的地点数量（N€10） 将增加 48%，从现在起到中年年中，四分位数范围 （IQR） 为 35%，然后稳定下来，因为在 RCP 2.6 方案中，大气 CO2本世纪中叶后全球气候变暖趋于稳定。相比之下，本世纪末在RCP8.5的高升温水平下，N€10显著增长 107%（IQR 68%）到本世纪中叶，215%（IQR 95%）。尽管与 CMIP5 气候模型在预测 SM 方面存在巨大差异，但 80% 的 CMIP5 模型始终预测 N€10的增幅超过 131%。使用不同的截止时间时，也会发现拉姆萨尔站点数量的类似时间变化。因此，到本世纪末，80% 的气候模型表明，至少 191 个站点在 RCP 8.5 下的区域损失将超过 10%，而 RCP 2.6 下只有 78 个站点，而 35 个站点的严重面积损失将大于50%（N−50）RCP 8.5，而 RCP 2.6 下只有 9 个站点。从全球来说，到本世纪末，拉姆萨尔遗址湿地面积的总面积将翻一番，在 RCP 2.6 （21，000 km） 之间2，IQR 23，000 公里2）和 RCP 8.5 （46，000 km2，IQR 55，000 公里2).

图 21世纪面积变化超过10%的Ramsar内陆湿地的数量变化

蓝色表示低排放情景RCP2.6，红色表示高排放情景RCP8.5。a. 面积损失超过10% 的湿地数量的变化，b. 面积增加超过10% 的湿地数量的变化

根据四种RCP 方案，全球总损失面积小于 5%;然而，亏损的站点集中在地中海、墨西哥和中美洲、南美洲和南部非洲地区，其损失百分比远高于所有全球站点（图3）。此外，比较湿地变化在两种特殊情况下，即在参考期（1981-2000年）以上1.5°C和2°C的全球变暖——我们发现，将全球变暖限制在1.5°C，将避免123个地点在RCP 8.5下暴露在10%以上的面积减少，而2°C变暖将避免105个地点保持在这一损失阈值以下（图2）。这表明，与RCP 8.5相比，气候变化对湿地面积的变暖基本避免了1.5°C和2°C的变暖。

图 到2100年全球内陆拉姆萨尔湿地区域变化的空间分布和不确定性

a、b、2081-2100年湿地面积预测变化，与1981-2000年参照期相比，在RCP 2.6 （13模型） （a）和RCP 8.5 （19模型）（b）下，来自全球内陆拉姆萨尔遗址的CMIP5组合。c，d，在RCP 2.6 (c)和RCP 8.5 (d)下，同意每个拉姆萨尔湿地>10%湿地损失的模型比例。

其次，我们调查湿地面积的收益。与湿地损失类似，湿地面积超过10%的内陆拉姆萨尔遗址数量（N+10）也显示出从本世纪初到本世纪末的增长趋势，但增长较小（46%，RCP 2.6下的IQR为73%，RCP 8.5下的IQR为104%）。全局值+10几乎等于N€10本世纪初，四种RCP情景的气候强迫性差异并不大（图2和补充图5）。到本世纪中叶，N€10超过N+10在所有情况下。到本世纪末，在 RCP 8.5 下，表明损失将明显主导收益（图2）。湿地收益的位点无法补偿湿地的缩小，因为湿地的得失模式表现出强烈的区域差异（图3和4），不同地区的拉姆萨尔遗址根据拉姆萨尔遗址指定标准具有不同的生态系统服务。到本世纪末，这些扩大的地点主要分布在北欧和撒哈拉以南非洲北部，而湿地丧失的地区将分布在地中海、墨西哥和中美洲、南美洲和南部非洲地区。因此，在地中海、墨西哥和中美洲被诊断为具有历史性湿地面积收益的地点（图1b）可能面临湿地面积萎缩。

在大陆尺度上，本世纪在RCP 8.5 下，五大洲的N€10涨幅为 109% 至 386%，而在 RCP 2.6 下，这一涨幅不到 70%，但拉丁美洲除外。即使 RCP 2.6（扩展数据图6），也增加了172% 。到本世纪末，除亚洲外，N€10超过N+10在所有大洲的四个 RCP 方案。根据RCP 8.5，非洲之间将存在最大的正不平衡€10和N+10（35个站点，IQR 41 个站点），其次是欧洲（32 个站点，IQR 50 个站点），这两个大洲合在一起贡献了 68% （IQR 19%）增加。

（3）对生物多样性的影响

鉴于湿地面积流失对不同生态系统服务的独特而复杂的影响，我们绘制了到本世纪末针对每个大陆指定拉姆萨尔湿地的不同标准的湿地流失风险图。在所有大洲的几乎所有标准中，湿地丧失的风险在RCP 2.6和RCP 8.5之间将增加一倍。根据RCP 8.5，在几乎所有标准下，湿地面积较大的两个热带大陆（非洲和拉丁美洲）的湿地丧失风险将更高（23％）。这表明，非洲和拉丁美洲预计的大量湿地面积损失不仅受到大面积土地的控制，而且还受到大部分土地面积的缩小的控制。根据RCP 8.5，对于C5和C6类（与水鸟有关），非洲和北美洲将面临更高的湿地丧失风险，而在欧洲和拉丁美洲，对C7类（与本地鱼类有关）的湿地将面临更高的湿地丧失风险。和C8（与迁徙鱼类有关）类别。满足C5，C7和C8的地点发生湿地损失的风险较高，这表明全球变暖导致的湿地损失不仅威胁本地物种，而且威胁迁徙物种。

为了清楚地表明湿地丧失对水鸟迁移和生存的潜在风险，我们将冬季（12月至1月）位于45°N以南地点的湿地面积变化图与世界候鸟主要飞行路线相交。

图 到2100年，全球内陆拉姆萨尔湿地和五大洲绝对湿地面积的变化

a、 b，根据CMIP5集合的RCP 2.6（13个模型）（a）和RCP 8.5（19个模型）。c、 d，根据RCP 2.6（c）和RCP 8.5（d），预计CMIP5综合平均全球和五大洲（非洲、拉丁美洲、北美、亚洲和欧洲）的绝对湿地面积变化。此处未显示大洋洲，因为该大陆的湿地总面积不到全球拉姆萨尔湿地面积的1.5%。

在RCP 8.5下，到2100年，对于水禽重要的站点预计将面临更大的面积损失风险（净湿地损失为3,000 km2），其中29％的站点的面积损失大于10％（IQR 20％） ，而所有内陆拉姆萨尔湿地的比例为23％（IQR为9％）。作为重要的迁徙走廊和觅食热点，根据RCP 8.5预计位于地中海，墨西哥和中美洲以及南非的站点中的大规模湿地同时消失将导致美国和非洲-欧亚航线严重恶化。从北半球迁移的过程中，这些航道上的迁徙水鸟可能很难找到替代的中转站。栖息地丧失和粮食短缺的风险增加，可能进一步加剧脆弱水鸟物种长途迁徙期间丧失的风险。

4.讨论

我们的分析表明，随着未来气候变暖，全球内陆拉姆萨尔湿地的湿地损失风险将增加。在四种变暖情景下，内陆拉姆萨尔湿地的丧失，气候变化对拉姆萨尔湿地的影响预计将在区域一级明显。在地中海、墨西哥和中美洲、中拉丁美洲和南非——全球生物多样性热点网络的所有部分——损失百分比远高于全球平均水平的地点。CMIP5气候模型对这些地区湿地损失的一致预测表明，由于生境丧失，生物多样性受到威胁。

与RCP 8.5下的高变暖水平相比，减缓气候变化，将全球气候变化稳定在1.5°C和2°C，可分别从10%以上的湿地损失中拯救123个和105个地点。从RCP 8.5到RCP 2.6，净湿地损失可减少40%（4，000公里）2）特别是地中海、中拉丁美洲和南非等生物多样性热点地区的损失少得多。在进一步全球变暖下，预计迁徙飞行通道中湿地丧失的风险突出表明，所有沿迁徙飞行通道的湿地都应通过国际合作和协调行动作为一个整体来考虑。因此，为了降低湿地损失的风险，促进湿地热点地的生物多样性保护，气候缓解是必不可少的。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41558-020-00942-23