文章信息：Shu-Shi Peng, Shilong Piao, Zhenzhong Zeng, Philippe Ciais, Liming Zhou, Laurent Z. X. Li, Ranga B. Myneni, Yi Yin, & Hui Zeng. (2014). Afforestation in China cools local land surface temperature. Proceedings of the National Academy of Sciences: 111(8), 2915–2919. https://doi.org/10.1073/pnas.1315126111

阅读笔记：刘钊，2017级硕士生

阅读时间：2019年3月2日

1.选题视角

研究背景： 中国拥有世界上最大的造林面积(2008年约6200万公顷)，这些森林是碳汇。这些新森林的气候效应表现在：这些人工林上的辐射和湍流能量流动过程中如何改变地表温度。

研究问题：例如，较低的反照率可能导致气候变暖，从而抵消了碳固定对气候的益处。

研究数据的选择：在这里，我们使用卫星测量了中国人工林和邻近草地或农田的地表温度(LST)，以了解造林对LST的影响。

研究的新视角：干旱地区的植树造林导致净变暖，因为白天的降温被夜间的变暖抵消了。

研究的实践引导：进一步地，有必要仔细考虑在哪里植树，以实现潜在的气候效益在未来的造林项目。

2.研究结论

研究结论一： 植树造林使白天地表温度平均降低约1.1±0.5℃(均值±1 SD)，夜间地表温度平均升高约0.2±0.5℃。白天观测到的降温是蒸发蒸腾增加的结果。

研究结论二：夜间变暖随着纬度的增加而增加，随着平均降雨量的减少而减少。

3.研究意义

中国是世界上绿化面积最大的国家。植树造林不仅有助于增加碳储量，而且改变了局部反照率和湍流能量通量，从而对局部和区域气候提供反馈。本研究提出了中国大规模造林对地表温度影响的观测证据。造林减少了白天的LST，因为增加了蒸散，增加了夜间的LST。在干旱地区，夜间变暖会抵消白天变冷的影响。这些结果表明，有必要仔细考虑在哪里种植树木，以实现潜在的气候效益在未来的造林项目。

4.文章结构分析

第一段：研究背景介绍——中国政府植树造林政策的出现及带来的浅层改变：在过去的两年种植森林的面积(PF)在中国每年增加了170万公顷(约41%的全球绿化)。早在2008年，中国有世界上最大的种植森林面积地区,有6200万公顷,23%的全球种植面积(2.64亿公顷)。在1990年代和1980年代，中国政府推出多个项目将农田(CR)和边际土地流转成为森林,减少土壤和水质退化。绿化增加了碳储存,也改变了当地的能源预算,对地方和区域气候提供有潜在影响的调节反馈。

第二段：研究内容的文献综述及中国案例的特别性——植树造林对温度调节机制的阐述：森林的反照率一般低于草地(GR)和农田CR，因此造林增加了地表吸收的太阳辐射量。如果这额外的能量以蒸散(ET)或热对流的形式耗散，则会导致表面冷却;否则，植树造林会导致地表变暖。植树造林对当地气候的生物物理效应可能远远大于生长的森林吸收二氧化碳所产生的小的全球降温效应。然而，这些生物物理效应也是复杂的，并且依赖于“背景”气候。植树造林通常使热带地区的地表降温，但使北方地区的地表升温(6,8 - 10)。温带地区植树造林的效果尚不清楚。中国大面积的植树造林，项目的多样性(超过以前的草地、农田或边际土地)，以及广泛的背景气候(大多数种植园位于年平均降雨量不同的温带地区)，为评估植树造林如何影响当地温度提供了一个有趣的试验平台。

第三段：研究数据的选择及研究目的介绍——量化的在日间和夜间时空分布差异情况下的种植森林的地表温度与相邻草地或农田：本文利用2003 - 2010年期间地球观测系统(EOS)-Terra卫星遥感数据和MODIS中分辨率成像光谱仪(MODIS)卫星遥感数据，研究了人工林对我国陆地表温度(LST)的影响。这些LST数据依赖于陆地表面的辐射特性(15,16)，因此，其日振幅大于气象站标准的2米气温数据(17)。这个调查的主要目的是量化的在日间和夜间时空分布差异情况下的种植森林的地表温度与相邻草地或农田(ΔLST)。

第四段：研究数据的处理方法及初步结论——这边一部分简要概述方法，在附录中详细阐述：我们首先随机抽取1000个网格单元，大小为40×40 km，其中至少有10%的种植森林覆盖(method)。网格细胞的高差从−100∼100，包括人工森林与天然森林(NF)、草地、农田的选择进一步分析ΔLST高程的影响最小化。这导致了787、163和155个样本网格单元，分别用于比较PF和NF、GR和CR(图1;附录SI，图S1)。图1 B-D显示了网格单元内土地覆盖类型的分布情况以及每年的白天和夜间的LSTs。年白天几乎没有差别(下午10:30分~ 13:30)和(夜间22:30点∼01:30点)温度与PF NF(ΔLST∼0°C,图2)。然而,每年GR和CR的日间温度高于PF(图2),约为1.1±0.6°C(平均±1 SD) GR和PF和1.2±0.5°C之间CR和PF之间的这些差异具有统计学意义(P < 0.001)。相比之下,平均年夜间ΔLSTs PF和GR和CR之间分别为0.2±0.5°C和0.3±0.5°C,分别(图2),表明夜间造林使地表升温，与白天降温信号相反，但夜间幅度较小。

图 中国种植森林空间分布及40×40 km样本面积

(A)年平均降水背景的空间分布图。(B)土地覆盖类型；(C)日间LST；和夜间LST(D)作为示例样本区。

图 2003-2010年期间，中国PF在白天（上午10：30和下午13：30）和夜间（下午23：30和上午01：30）之间的邻近NF、GR和CR的年LST差异（平均± SD）

图 2003-2010年期间中国北方（35°N以北）PF与邻近GR和CR之间的(A)日间和(B)夜间LST、(C) ΔAlbedo（%）和(D)ΔET（mmday−1）差异的平均季节周期

彩色线和照明阴影区域分别代表35°N以北的所有样本网格单元的平均值和标准差

原文链接：https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1315126111