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题目：Contrasting influences of biogeophysical and biogeochemical impacts of historical land use on global economic inequality
作者：Shu Liu, Yong Wang, Guang J. Zhang, Linyi Wei, Bin Wang & Le Yu
期刊：Nature Communications
时间：2022.05.05
一作单位：Department of Earth System Sience, Ministry of Education Key Laboratory for Earth System Modeling, Institute for Change Studies, Tsinghua University Beijing 10084, China
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-30145-6
研究背景
气候变化对宏观经济增长具有重大影响，因此很多学者研究了温室气体和人为气溶胶通过改变年平均温度对经济的影响。但是土地利用和土地覆盖变化对经济的影响仍然是未知的，因为它对温度既有生物地球化学影响也有生物地球物理影响。因此本文基于耦合模型相互比较项目第六阶段的多模型模拟，对比了历史土地利用和土地覆盖变化对经济的生物地球化学和生物地球物理影响，研究发现它们对年平均温度的综合影响导致大多数国家的气候变暖，温暖的气候会损害发展中经济体而寒冷气候有利于发达经济体，因此全球经济不平等加剧。
研究结果
图1显示了基于土地使用协调2数据集的1850年至2014年全球历史土地利用和土地覆盖变化（LULCC）。与1850年相比，2014年全球主要植被覆盖率下降率89.2%，次生植被、农田、牧场和城市土地的覆盖率分别上升了81.2%、172.6%、176.9%、1349.5%。此外由图2可见人类已经扰乱了全球大部分原生植被，次生植被主要在中纬度欧亚大陆和美国东部显著增加，农田扩张主要在北美五大湖周围、亚马逊以南、非洲中部等区域，放牧面积扩张更为显著。城市土地面积虽然小于其他四种类型但是相对变化最大，主要集中在美国东部、欧洲和中国。
关于人类土地使用管理，图1b显示了全球对木材需求量的增加导致每年木材收货量在增加，图1c显示了耕地扩大使全球灌溉农田面积在1850年的0.28万平放公里增加到270万平方公里，并且自1950年以后全球合成氮肥年使用量迅速增加。土地利用和土地覆盖变化一方面在生物地球物理层面改变地球表面性质，另一方面通过生物地球化学层面产生额外二氧化碳排放。
关于年平均地面气温变化（SAT）和日常地面气温变化（SAT）方面，本文侧重于研究1993-2012年历史上的土地利用和土地覆盖变化（LULCC）对相关经济体的影响。由图3a可以看出北美和欧亚大陆显著降温是由于砍伐森林导致的地表反照率的增加，而亚马逊和非洲中部变暖是由蒸发减少驱动的。图3b显示出由于二氧化碳的排放，LULCC的生物地球化学影响导致全球变暖。此外通过图3c可以看出，除了北美洲、中亚和东欧的中部和东部地区之外，生物地球化学影响引起的全球变暖主导了SAT的综合变化。如图3d-f所示，生物地球化学影响在LULCC诱导的SAT变化性变化中起主导作用，二氧化碳浓度增加造成气候变暖导致北极海冰损失，使得北半球高纬度地区SAT变率降低，同时二氧化碳浓度增加导致气候变暖使得土壤干燥，导致热带和亚热带SAT变率增加。
图4显示了LULCC对经济的综合影响，对于年平均SAT高于最适宜温度的温暖气候国家，LULCC引起的升温使国家级温度进一步偏离最适宜温度从而损害了当地经济。相比之下，气候变暖有利于凉爽气候国家的经济增长，因为这些国家年平均SAT低于最适宜温度。对于年平均SAT接近最佳温度的中纬度国家（如美国和中国），经济增长对年平均SAT变化不敏感。因此LULCC引起的变暖对温暖气候国家和凉爽气候国家相反的经济影响可能会加剧全球经济不平等，因为大多数经济上处于不利位置的国家位于低纬度的温暖地区，经济上发达的国家一般位于温带凉爽气候区。如图4cd，对于我吼温暖的发展中国家印度来说，LULCC的净变暖降低了人均国内生产总值的增长率损失高达-6.35%，而图4ef显示的气候凉爽的发达国家英国，受到的损失仅为-1.30%。此外，尽管生物地球化学效应主导了整体变暖，但生物地球物理引起的变冷有利于全球年度经济增长。
图5显示了1993年到2012年年度平均SAT变化对国家级累积经济的影响，这些变化是由代表性生物地球化学和生物地球物理影响以及历史上的LULCC综合影响造成的。由上文图3可知，LULCC的生物地球化学和生物地球物理对经济的影响可以发现它们对年平均SAT具有相反的影响。图5c显示大多数气候温暖的低纬度国家正在经理生物地球物理降温带来的正面经济影响，而生物地球化学升温带来的负面经济影响。此外位于北半球高纬度地区许多气候凉爽的国家经历了生物地球物理降温带来的损害，也受益于生物地球化学变暖带来的效益。由图5a进一步分解得出LULCC对春季日常SAT变化性影响也很突出。
各个生物地球物理和生物地球化学对不同经济条件国家的经济影响及组合如图6所示，LULCC在很大程度上受到生物地球化学气候变暖的调节，使许多人均国内生产总值交高的经济发达国家受益，但也损害了许多人均国内生产总值较低的经济发展不利的国家。相比之下LULCC的生物地球物理有冷却作用虽然被生物地球化学主导的变暖所抵消但有利于许多经济上处于不利地位的温暖气候国家。
图7显示了经济不平等通用衡量标准定量估计LULCC对全球经济不平等的影响，即通过人口加权占人均GDP的百分数来衡量。80:20和90:10反映了经济最发达国家和经济最不发达国家之间的全球经济差距，从1993年到2012年LULCC几乎每年都增加经济差距如图7，到了2012年全球经济差距比率显著上升。增加的经济不平等是由于生物地球化学造成气候变暖的影响，尽管过去几十年全球各国总体经济不平等有所下降但研究表明历史上LULCC对年平均气候影响对这种下降造成了负面影响。
如图8所示，生物地球化学和生物地球物理对经济的影响是相反的。由于生物地球化学在影响日常SAT变化方面具有主导作用，因此综合影响会受到生物地球化学的影响调节，从图3f和图8e中可以看出。并且图8e反映出季节性气温变化较小的低纬度国家受日常SAT变化增加而受到的损害更大，因为他们很难适应较大的气温波动，许多低纬度低收入国家由于LULCC影响而日益增加的SAT变化性而受到严重损害。相比之下许多富裕的温带地区国家受益于当地日常SAT变化性较低，因此LULCC引起的日常SAT变化进一步恶化了全球经济不平等。
编者按
本研究调查了历史LULCC对年平均SAT的单独的影响和联合了生物地球化学和生物地球物理影响，并估计了这些SAT变化的经济影响，生物地球化学和生物地球物理对经济的影响是相反的，同时还探讨了LULCC导致的日常SAT变化对经济的影响，主要影响在春季。此外，除去二氧化碳，历史上LULCC还排放其他温室气体，这些气体对气候变暖影响加剧，全球经济不平等性程度扩大。尽管土地利用活动带来了短期区域经济增长，但本研究表明通过LULCC和气候的反馈，全球经济公平性和可持续发展可能会下降。因此对未来不同情境下LULCC的潜在经济损失和收益进行量化是规划适当的土地使用政策以促进人类社会可持续发展的核心。
转自：“西农RE学术社”微信公众号
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