中宏网讯 工业革命以来，为满足人口激增的粮食需求，人类大规模开垦农田，导致全球森林、草地锐减。这如何影响气候？传统认知聚焦于碳储存、反照率与水循环等的变化。然而，自然植被释放的挥发性有机物（VOCs），是形成二次有机气溶胶（SOA）的“原料”。大气SOA能直接影响太阳辐射（直接效应）并改变云的性质（间接效应），对地球气候系统起到重要的自然冷却作用。那么，当森林变农田，地球这层“降温屏障”是否受损？其气候代价有多大？这一关键问题长期被忽视。

近日，国际顶级学术期刊《自然·地球科学》(Nature Geoscience)发表了题为“Cropland expansion causes reduction in biogenic secondary organic aerosol and associated radiative cooling”（农田扩张导致自然源二次有机气溶胶及其辐射降温效应降低）的最新研究成果，并以图片形式在期刊官网主页展示。

该研究利用纳入自主研发的复杂SOA形成机制的地球系统模型，首次在全球尺度系统量化了工业革命以来耕地扩张对自然源SOA及其辐射强迫的影响。这一工作填补了土地利用-有机气溶胶-气候相互作用认知的关键空白，为更全面评估人类活动对气候系统的扰动提供了新的证据和视角。

农田扩张导致二次有机气溶胶辐射降温效应显著降低

研究发现：耕地扩张显著改变了全球植被类型分布，工业革命以来全球耕地增长约2.7倍（主要源于森林和草地转化），导致SOA关键前体物排放减少约10%，全球SOA总量同步下降10%，进而显著削弱其辐射降温能力。不同植被类型转化贡献差异显著：常绿阔叶林减少占SOA下降的50%，面积减少最多的草地影响微弱。耕地扩张使SOA净降温作用减少11%，产生高达146±112 mW m⁻²的净增温效应（相当于抵消同期大气CO₂增温效应的8%）。更严峻的是，在气候变暖与空气污染减轻的未来情景下，相同耕地扩张的增温效应将比当前增强约50%（达234±158 mW m⁻²），主因是森林VOCs排放对升温的响应及清洁大气背景下SOA云效应的放大。

该研究在气候科学领域取得了重要突破，首次系统揭示了耕地扩张通过破坏“自然冷却屏障”加剧全球变暖的新机制。傅平青教授指出：“这项研究警示我们，在制定粮食安全与气候政策时，必须同时考虑土地利用变化对‘碳账本’和‘气溶胶降温账’的双重影响。”研究建议，保护和恢复森林生态系统不仅能固碳，还能维持重要的自然降温功能，这一“非碳”效益在未来气候变暖背景下将愈发珍贵。该成果为国家制定碳中和战略和土地管理政策提供了重要科学依据，也为全球气候变化的预测和应对提供了新思路。

该研究是研究团队长期深耕SOA理化性质与气候效应领域的深化和提升。研究团队长期开展全球森林、海洋、极地等区域的SOA分子组成和光学性质观测分析，基于大量观测研究在地球系统模式中开发了一系列SOA形成机制和气候效应模拟方案，精准表征了SOA的混合过程、新粒子生成过程、冰云过程等，显著提升地球系统模式对SOA理化性质以及气候变化的模拟能力。本次研究成果是在原研究基础上，对理解气候变化成因，构建地气界面过程及其气候效应框架的新突破。

本研究由天津大学联合清华大学、美国密西根大学等单位共同完成。第一作者为天津大学朱佳雷教授，通讯作者为天津大学傅平青教授和清华大学张强教授，研究得到天津大学刘丛强院士和美国密西根大学Joyce Penner教授指导，合作者包括天津大学赵曦教授、邓君俊副教授、博士生刘灏以及清华大学深圳国际研究生院洪朝鹏副教授。研究得到国家自然科学基金委创新群体项目资助。（中宏网特约作者王敏报道 图文/天津大学 赵晖）

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