地区地球系统模型中对《自然未来》情景的气候响应

为何未来的土地选择对欧洲气候至关重要

在欧洲为应对全球变暖和自然丧失而加速行动之际，许多新规划都仰仗土地：更多保护区、更多植树、更多恢复的栖息地以及更可持续的农业。本文提出了一个看似简单却对日常生活影响深远的问题：如果我们真的为实现新的生物多样性和气候目标而重塑欧洲景观，到本世纪中叶，这些土地变化会如何改造我们所经历的气候——尤其是高温和降水？

三种不同的与自然共处的愿景

作者考察了三种到2050年对欧洲的不同但都以“绿色”为导向的未来情景，分别基于人们如何选择重视自然。在“为自然而自然”（Nature for Nature）的愿景中，野生物种和完整生态系统优先，更多低强度的草地和森林，并对高生物多样性地区实施严格保护。“为社会而自然”（Nature for Society）侧重自然为人类提供的服务，例如碳固存和粮食生产，因此生产性森林和农田被引导以高碳吸收和稳定产量为目标。“将自然视为文化”（Nature as Culture）则优先考虑传统文化景观，呈现田地、牧场、小林地和村落交错的多样马赛克，反映长期的人–自然关系。三种愿景都假定相同的低排放全球路径和总体的粮食与木材需求；不同之处在于土地在哪里以及如何被管理。

从栖息地地图到土地对大气的影响

为了将这些愿景与气候联系起来，团队首先把详尽的欧洲土地利用地图转换为称为植物功能型的生态构件——诸如针叶树、阔叶树、灌木、草类和农作物等大类。他们利用超过80万个野外植被样地和高分辨率栖息地模型，估计在各情景下每平方公里欧洲土地上会以何种植物类型混合占据。这些植物图随后驱动区域地球系统模型，模拟陆地与大气之间的能量、水分和碳交换。本质上，该模型让研究者观察植被变化如何改变地表的亮度、粗糙度和蒸散量，以及这些变化如何向上扩散并影响温度、云和降雨格局。

未来景观如何重塑夏季高温与降雨

尽管三种未来都在相似比例的欧洲地区改变了土地利用，但其气候效应差别显著。“将自然视为文化”路径，由于大量农田被转为以草地为主的马赛克，导致广泛的夏季额外变暖：平均约比已经变暖的低排放基线高出0.17°C，热点地区接近0.7°C，最受影响地区的最热日甚至上升超过1.5°C。该情景的夏季降水倾向于减少，尤其在西欧和东欧明显，尽管由于蒸发减少，表层土壤湿度并不总是下降。相比之下，“为自然而自然”和“为社会而自然”情景对植物覆盖的改变更为温和且更为混合。在整个大陆尺度上，它们并未在低排放路径之外增加显著的额外升温，而且在一些已经强烈增温的区域，“为自然而自然”甚至略微降低了夏季温度。

驱动这些差异的内部机制

模型显示，关键的物理杠杆是植物向空气回输多少水分、地表的粗糙度以及反射多少阳光。在“将自然视为文化”情景中，用草地替代农作物通常会降低植物高度和叶面积，并在南部减少灌溉。这会削弱蒸散冷却，从而使更多的入射能量直接加热空气。更暖更干的空气又对上方的大气产生反馈，减少云量并让更多阳光到达地表，进一步放大增温。在另外两种未来中，许多土地变化——例如把一些暗色针叶林转为农作物——使地表变亮并增加季节性蒸散，足以使大气反馈抵消大部分局地增温，因而在区域尺度上几乎没有净变化。

选择既利气候又利自然的未来

对非专业读者而言，结论是并非所有“对自然有利”的计划在局部和区域尺度上都同样有利于气候。强烈偏向文化景观的未来可能使欧洲夏季更热且略显干燥，加剧热浪并给已在应对气候变化的人群与生态系统带来更大压力。相反，优先保护生物多样性或聚焦碳服务的未来似乎与区域气候适应相容：它们虽大范围改造土地，但总体上并不增加显著的额外增温或干燥。研究认为，欧洲的生物多样性与气候政策必须共同设计，明确关注土地如何反馈影响天气。通过综合三种愿景的优势——野生自然、生态系统服务与文化价值——可以制定新的情景，既保护陆地生命又有助于稳定我们赖以生存的气候。

引用: Sieber, P., Karger, D.N., Zimmermann, N.E. et al. Climate response to Nature Future scenarios in a regional Earth System Model. Nat Commun 17, 4017 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70284-8

关键词: 土地利用, 生物多样性, 欧洲气候, 地球系统建模, 自然未来