IPCC 第五次评估报告指出，自工业革命以来，人类活动对全球气候的影响已经成为一个不争的事实。土地利用/覆盖变化（LUCC）是人类活动影响气候变化的重要途径和重要外强迫因子之一，其可通过改变地表能量、动量以及水分的收支进而对区域乃至全球气候产生重要的影响。许多观测事实都表明自工业革命以来，已经有近50%陆地被人类所改变和利用，那么如此大规模的LUCC是否会对极端温度产生一定的影响，其可能机制又是什么？这是气候变化研究中的一个重要科学问题。

我院陈海山教授指导的在读博士生李兴利用NCAR的大气环流模式CAM5.0就上述问题开展了深入的研究（Li et al.，2017）。通过工业革命前的植被（1850年）和现实植被（2000年）的对比试验发现：百年尺度理想化的LUCC对极端温度有着显著的影响，其主要使得与最高温度相联系的极端温度指数在中高纬度显著的下降，并且使最低温度有关的指数在中低纬度显著的上升（图1）。进一步研究发现LUCC引起极端温度的变化主要通过影响温度的平均态进而导致极端态的变化。机理分析表明，LUCC引起反照率的增加导致净短波辐射的减少控制了白天中高纬度最高温度的降低，同时感热通量和地表热通量相互抑制同时也导致了白天温度的降低以及夜间温度的升高，并且各个能量分量的反应均存在明显的区域差异。

图1 模式模拟的LUCC引起的多年平均（a）冷夜日数TN10P、（b）暖夜日数TN90P、（c）冷日日数TX10P以及（d）暖日日数TX90P的均值的变化（LU2000－LU1850）。其中黑色实心圆点表示LUCC引起的温度变化通过p=0.05的显著性检验的区域。

 此外，最新的研究结果（Li et al.，2018）表明，LUCC对极端温度的影响除了通过影响温度的平均态以外，还可以通过影响温度的变率进而影响极端温度，但这种途径在CMIP5多模式结果中存在较大分歧：一些模式（GFDL系列模式）可以模拟出LUCC导致了最高温度变率显著降低，进而在最高温度的高百分位和低百分位对LUCC的响应上表现出很强的非对称性，而在另外一些模式（非GFDL模式）中则没有表现出LUCC对温度变率的显著影响以及相应的非对称响应（图2）。通过分析发现LUCC引起的湍流热通量的再分配作用以及日内温度变率变化在多模式间的差异是导致LUCC效应不确定性的主要可能原因，并且这样的模式间的差异很可能受到不同模式对表面粗糙度变化模拟的差异所调制。这项研究成果发现了可能导致CMIP5多模式对LUCC模拟差异的重要线索，这也为改善未来的CMIP6中对LUCC的描述提供了可努力的方向之一。

图2 LUCC引起的年逐日最高气温距平第90百分位（左列）和第10百分位（右列）的变化（单位：°C）。a、b为GFDL-ESM2G模式，c、d为GFDL-ESM2M模式，e、f为IPSL-CM5A-LR模式。图中模式名称为红色表示该变量通过了场检验。图中黑色实心圆点代表该格点通过了p=0.05的显著性检验，由修订的学生t检验并控制错误发现率作为显著性检验的方法。 

以上研究成果先后发表于《International Journal of Climatology》和《Journal of Geophysical Research: Atmosphere》。 

相关文章：

Li, X., Chen, H., Liao, H., Hua, W., Sun, S., Ma, H., Li, X., Gao, C. and Zhu, S. (2017), Potential effects of land cover change on temperature extremes over Eurasia: current versus historical experiments. Int. J. Climatol, 37(S1): 59–74. https://doi.org/10.1002/joc.4976

Li, X., Chen, H., Wei, J., Hua, W., Sun, S., Ma, H., Li, X. and Li, J. (2018). Inconsistent responses of hot extremes to historical land use and cover change among the selected CMIP5 models. J. Geophy. Res.-Atmos, 123(7): 3497–3512. https://doi.org/10.1002/2017JD028161