大地变绿了，怎么还高兴不起来？
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前几年，新闻报道了很多关于“西北暖湿化”的现象，比如戈壁上出现绿意，干涸的古湖泊重新荡漾起碧波。
2019年8月莫高窟附近的戈壁泛起绿意
（图片来源：敦煌研究院）
这种现象经过了科学家长时间的研究后得到了证实。统计研究指出，近二十多年来，随着自然环境的变化，我国西北干旱和半干旱地区的植被空间分布密度以不同的速度呈现出增加趋势，西北地区植被覆盖呈增长趋势的面积约为55.77%。
2000-2019年西北地区植被归一化指数（NDVI）变化趋势的空间分布。NDVI是衡量植被空间分布密度的最佳指示因子之一，与植被覆盖分布密度呈线性关系
（图片来源：尹振良等人，2022）
在“西北暖湿化”的气候背景下所萌生的绿意，只是气候变化与植被变化间密切关系的一个缩影。在自然条件下，植物的生长依赖于气候条件；反之，植被也是气候的“指示器”，能够监测气候与环境的变化。
基于这一关系，能否从一些植被的变化推断出我国历史上的气候特征呢？当荒漠、高原、冰雪大地上萌生出不寻常的绿意，它们会是生机盎然的写照，还是气候变化的红色警告？
历史上气候怎么变化？看看梅花吧
众所周知，地球气候自诞生以来，就是在不断波动变化的。近代地理学和气象学的奠基者竺可桢先生根据我国自古以来的丰富史料，在《中国近五千年来气候变迁的初步研究》一文中记录了一个从植被变化中窥见气候变化的典型例子——从我国梅树分布的变迁推断出我国历史温度的变化趋势。
我国对梅花的种植历史很长，有文字的记载就超过3000多年。梅树比较耐寒，但其实际上属于亚热带树种，更喜温暖和光照，在年均气温16～23℃的条件下生长最好。
盛开中的梅花，因为其“凌寒独自开”的特征，所以被文人赋予了高洁、坚强、谦虚等品格，备受中国古人喜爱 图片来源：Wikipedia
在现今的气候背景下，我国的自然梅树大部分分布于长江流域，但在初唐到北宋后期，当时的梅树生长遍布于北方的黄河流域。由此可知当时我国大部分地区要比现在更为暖和。唐玄宗李隆基在位时（685-762年），都城长安在今陕西西安（位于黄河流域中部关中盆地），当时他的妃子江采萍因其所居种满梅花，所以被称为梅妃。
而到十一世纪以后，由于气候由暖向冷转变，野生自然梅树想要扛过当时的寒冬是一件十分困难的事情，因此北方地区梅花分布数量减少，梅树只能在西安和洛阳皇家花园以及富贵人家的私人培养园中生存。北宋诗人苏轼（1037-1101年）就曾以“关中幸无梅”一句哀叹当时梅树在关中（现今陕西省的中部）的消失。同时代的王安石（1021-1086年）也说“北人初不识，混作杏花看”，反应北方人因少见梅花所以常常将其误认为杏的现象。
一千七百年来世界温度波动趋势图，A图从中国物候所得结果，B从格林兰冰块所得结果。每增加0.69%则气温增加1℃
（图片来源：竺可桢，1973年）
古籍中梅花分布区域的南北变动，反映出了我国历史上气候的变化。虽然到了现代，由于人们对梅花耐寒品种栽培技术的提高，“南梅北移”等工程打破了千百年来梅花不能过黄河的传统界限，这影响了梅花的物候特征与自然环境变迁的直接联系，但不可否认的是，自然条件下植被与气候的密切关系是我们研究古代气候特征绝佳的切入点。
大地变绿却是“红色警告”？
全球气候变化由自然的内部进程和外部的人为强迫共同影响。在自然进程下的气候缓慢增暖，在几千年前给我们带来了唐宋的繁荣盛景。而相对于漫长而平缓的自然演替，当下由于人为活动导致的气候增暖是十分急剧的。在这样的背景下，一些原本贫瘠、寒冷的地区却出现了不寻常的绿意，植物在逐渐温暖的环境里“夹缝生存”，导致原本寓意生机勃勃的绿色，变成了指示气候变化的严厉的红色警告。
1997年NASA向太空发射了一颗用以观测陆地和海洋中的植物生命的卫星，这颗卫星见证了这二十多年来北极地区随着全球温度的升高变得越来越绿的过程。全球变暖的速率不是均匀的，北极地区的地表温度的增温幅度是全球平均增温幅度的2倍以上，这就是“北极放大效应”。
过去30年来北极地区植被变化情况，增长(蓝色)和减少(红色)
（图片来源：NASA）
全球变暖导致北极海冰和冻土层的融化，冻土层上植被的生长就像给大地盖上一层棉被，阻止了低温渗透到土壤之中，这将进一步加速永久冻土层的融化。而令人担忧的是，全球土壤碳储量的三分之一都蕴藏在北极的冻土层中，这些碳含量是大气中的两倍。冻土层的融化将会加速极地甲烷和二氧化碳的快速溢出，而甲烷带来的温室效应比二氧化碳还要高25倍。这无疑是给已经处于热锅上的地球又添一把猛火。
在变绿的北极的南部，还存在着树线和灌木丛随等温线的北移而向北推进的现象。并且一部分的树种更是在特定的有利条件下，出现远离树线的迅速北推。这些“进击”的北方森林一方面会侵占北极苔原植被，另一方面会加剧北方森林火灾的发生。
西伯利亚北部11个苔原过渡带中高大灌木(白色)和落叶松树(黑色)覆盖面积的净变化。
（图片来源：Huissteden，2020）
引起森林火灾的主要气候因素是较高的温度和较大的蒸发量，干旱的北方地区给森林大火的发生提供了有利的环境条件。一次森林火灾产生的温室气体排放量是巨大的，尤其是在北方森林地区，因为在树木之下大量富含二氧化碳的泥炭地也会被点燃。据英国卫报报道，2020年北极野火造成的二氧化碳排放量刷新了世界纪录，共释放2亿4500万吨二氧化碳。
近些年来北极野火越来越频繁，图中为2021年北极上空的野火烟雾。
（图片来源：Flickr/ Felton Davis）
除此之外，朴世龙院士的研究团队近期在Nature子刊上发表的文章指出，素以高、寒、旱著称，作为控制我国天气气候重要“开关”之一的青藏高原也出现冷冻圈退缩，高原植被变绿的现象。高原上本是银装素裹，皑皑的白雪能够反射大量太阳辐射。但随着植被的增加，高原“变暗”，这就像脱下“一席白衣”换上“黑色短袖”。高原地表反照率的下降导致地面吸收了更多的太阳短波辐射，最终导致高原局地气温升高。
不同地表覆盖情况对太阳的反照率不同
（图片来源：Wikipedia）
高原地表的加热一方面会加剧高原区域的冰川融化，另一方面会加强南亚高压与西太平洋副热带高压。想必大家没有忘记，去年夏天刷新了东亚地区历史极值的异常高温，就是由于异常强大的南亚高压和西太副高导致的。因此，青藏高原地表植被的变化对东亚气候产生的可能影响已经得到了科学家们的高度重视。
青藏高原地表“变暗”对亚洲天气系统的影响
（图片来源：Tang et al. 2023）
植被、气候与人类千丝万缕的关系
植被变化、气候变化和人类活动之间的关系是动态复杂、相互依存的。植被具有吸收二氧化碳、释放氧气的呼吸作用，通过全球碳循环在调节地球气候方面起着关键作用。在前文中已谈到，陆地上的植被能通过改变地表反照率，对所有空间和时间尺度上的大气气候特征产生关键影响。除此之外，植被覆盖的土壤中具有更大的储水量，这些地下水会通过植被的蒸散作用释放在大气中。也就是说，植被还通过影响地表水循环与气候密切关联在一起。
在气候与植被变化的归因研究中，人类活动都是重要的影响因子。也许有不少人认为，人类活动使全球气候发生变化主要出现在工业革命之后。实际上，早在工业革命以前，人类的各种生产生活活动，如开展农业、畜牧业、交通运输等就已经推动全球植被发生大规模的变化。
挪威卑尔根大学的Mottl研究团队在Science上发表的研究指出，自地球上出现人类以后，人类活动就对全球植被生态系统产生了深刻的影响。在过去的七千年里，地球上的植被变化主要是由人类活动造成的，并且植被变化的速率较没有人类出现之前显著加速。无论是在全球、区域还是局部尺度上,人类对植被的影响在速度和程度上均超过了自然因素。
全球树木减少主要由社会经济活动带来的森林砍伐（灰色圆点）、森林野火（红色圆点）以及干旱和高温造成的树木死亡（黄色圆点）导致的
（图片来源：Overpeck and Breshears, 2021）
人类活动是这三者中可变性最大、造成影响最严重的因子。因此当下人们在致力于遏制气候变暖的同时，更应进一步了解这三个因子之间的相互作用，并学习如何利用这些关系来帮助减轻气候变暖、改善人类的生存环境。
参考材料：
[1] 竺可桢. 中国近五千年来气候变迁的初步研究[J]. 中国科学, 1973(2):15-38.
[2] Deng H, Tang Q, et al (2022). Wetting trend in Northwest China reversed by warmer temperature and drier air. Journal of Hydrology, 613, 128435.
[3] Huissteden, J. V. . Thawing Permafrost: Permafrost Carbon in a Warming Arctic. 2020.
[4] Mottl O, Flantua S G A, Bhatta K P, et al. Global acceleration in rates of vegetation change over the past 18,000 years[J]. Science, 2021, 372: 860-864.
[5] Overpeck J T , Breshears D D . The growing challenge of vegetation change[J]. Science, 2021, 372(6544):786-787.
[6] Shuchang Tan, Anouk Vlug， Shilong Piao et al. Regional and tele-connected impacts of the Tibetan Plateau surface darkening[J]. Nature Communications, 2023.
[7] https://climate.nasa.gov/news/2447/nasa-studies-details-of-a-greening-arctic/
[8] https://zhuanlan.zhihu.com/p/557769284
[9] https://www.sohu.com/a/417230087_120046999
作者：陈可鑫
作者单位：中国科学院大气物理研究所
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