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南京大学张永光教授团队丨Environmental Research Letters丨强化气候减缓:光伏部署作为造林的补充策略

2026-05-09 12:33:43

文章标题：Enhancing climate mitigation: photovoltaic deployment as a complement to afforestation

期刊名称：Environmental Research Letters（Environ. Res. Lett.，ERL）

发表时间：2026年

文章DOI：https://doi.org/10.1088/1748-9326/ae5839

1.文章背景

在全球气候变暖持续加剧的背景下，如何有效降低大气二氧化碳浓度并控制全球升温幅度，已成为当前气候科学与政策领域的核心问题。根据IPCC评估，全球温升需控制在2°C以内，这一目标依赖于两类关键路径：一是减少化石能源排放，二是增强陆地生态系统的碳汇能力。然而，不同气候减缓路径在空间上的适用性及其实际效果存在显著差异，使得单一策略难以在全球尺度实现最优减缓效果。传统上，造林作为典型的自然解决方案，被认为是提升碳汇能力的重要手段，其通过光合作用固定大气CO₂，在全球碳循环中发挥关键作用。然而，造林的碳汇潜力受气候条件、水分限制以及生态反馈机制的强烈制约。例如，在干旱地区，水资源匮乏显著限制植被生长，使得碳汇效率较低；在高纬度地区，造林可能通过降低地表反照率引发增温效应，从而削弱甚至抵消其气候减缓效益。此外，高温条件下有机质分解加快，也会降低碳储存的稳定性。与此同时，以光伏为代表的新能源路径，通过替代化石能源发电实现间接减排，近年来快速发展。然而，其在全球尺度上的减排潜力、以及与传统造林策略之间的相对效应和互补关系仍缺乏系统量化分析。特别是在那些不适宜造林或造林效果有限的区域（如干旱区和高纬度地区），是否存在更优的替代或补充策略，成为当前气候减缓研究中的关键科学问题。此外，气候减缓措施不仅通过碳循环（生物地球化学效应）影响气候，还通过改变地表能量收支（生物物理效应）影响地表温度。例如，造林和光伏部署均可能改变地表反照率，从而引发区域尺度的升温或降温效应。这种“碳效应—能量效应”的耦合，使得不同减缓措施的综合气候效应具有高度不确定性。因此，有必要在全球尺度上系统评估不同气候减缓策略在不同气候区的综合效应，以揭示其空间差异性及潜在互补机制，为制定更加科学合理的气候政策提供理论依据。

2.创新之处

该研究从全球尺度出发，将光伏部署与造林两种典型气候减缓路径置于统一分析框架中，系统比较其在不同气候区的碳减排效应与地表温度响应，突破了以往研究中单一策略评估的局限，实现了生物地球化学效应与生物物理效应的耦合分析。在方法上，研究基于CESM地球系统模型构建情景实验，将潜在造林区域作为统一空间基础，使两种策略具有可比性，同时结合多源遥感数据进行验证，提高了结果的可靠性与代表性。在机制层面，研究揭示了不同气候区中反照率变化对温度效应的主导作用，明确指出在干旱区和高纬度地区，造林可能因降低反照率而产生增温效应，而光伏部署则通过增加反射和改变能量通量实现降温，从而在气候效应上呈现出显著差异。此外，研究进一步识别出气候减缓策略的空间互补性，即在水分受限或造林效果较弱区域，光伏部署能够提供更稳定的减排与降温效益，而在气候条件适宜区域，造林仍具有重要生态功能与碳汇价值，从而提出“区域差异化组合减缓”的思路，为全球气候治理从单一措施向多策略协同转变提供了科学依据。

3.重要结论

大规模光伏（PV）部署和造林是重要的气候变化减缓策略，但在造林受限区域中，光伏部署的气候减缓潜力仍缺乏系统研究。本文基于社区地球系统模型（CESM2.1.3），定量评估了全球潜在造林区域中大规模光伏部署与造林在碳减排和地表温度方面的影响。结果表明，造林在部分区域存在明显局限，而光伏部署在这些区域具有显著的气候效益。研究发现，光伏部署在潜在造林区域可实现约3.47 Gt C yr⁻¹的碳减排，并使全球地表温度降低约0.08°C；相比之下，造林仅产生约0.075 Gt C yr⁻¹的碳汇，并导致轻微增温（+0.02°C）。在干旱地区，光伏部署可减少2.24 Gt C yr⁻¹并降低温度（−0.26°C），而造林由于降低反照率反而导致升温（+0.16°C）；在高纬度地区，光伏部署同样表现出显著降温效应，而造林则引起增温。研究表明，在水资源受限或造林引发生物物理增温的区域，光伏部署能够通过稳定的碳减排和降温效应提供有效的气候减缓途径。

4.重要图表

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