森林生态系统在缓解全球气候变化中发挥了关键作用。长期以来，全球在景观尺度下关于森林温度调节作用的研究主要关注森林的面积变化。然而，森林变化不仅表现为面积的增加或减少，也包括空间格局的重组，尤其是森林破碎化（forest fragmentation）。这种空间过程同样可能影响地表辐射、蒸散发以及能量分配过程，从而对森林热环境产生独立影响。
另一方面，森林面积变化和破碎化往往同步发生，过去仅基于森林面积变化的分析难以区分其中隐藏的破碎化的影响信号。因此，森林破碎化对全球森林地表温度的独立影响，以及其与森林面积变化在调节地表温度中的相对作用，仍缺乏系统性的全球尺度评估。
近日，复旦大学生命科学学院马俊团队在PNAS杂志在线发表题为“Fragmentation outweighs forest cover in shaping land surface temperature across half of global forests”的研究论文。该研究利用全球高分辨率森林分布数据和多源卫星遥感观测数据，系统评估了森林破碎化和森林覆盖对地表温度的独立影响，并比较了二者在全球森林中的相对贡献。
为区分森林破碎化与面积变化对地表温度的影响，研究团队控制了森林覆盖率、背景气候和地理位置等因素，并利用岭回归模型评估森林破碎化对地表温度的独立作用。全球多数森林区域中，破碎化增加与地表温度升高相关，尤其是在热带、亚热带和温带森林区域。
图1 全球森林破碎化和地表温度的关系
但在寒带森林中，破碎化与地表温度之间呈现出不同的响应模式。当背景年均温接近0℃时，破碎化与地表温度的关系会发生逆转，部分高纬度森林中，破碎化增加反而导致地表温度降低。这可能与接近冰点的气候条件下更容易形成具有较高地表反照率的积雪覆盖有关。
图2 寒带森林破碎化和地表温度关系的阈值
研究团队进一步发现，破碎化对森林地表温度的影响具有明显的情境依赖性，并受到森林类型、破碎化驱动因素、周围土地利用背景以及季节变化等因素影响。例如，月尺度分析表明，热带和亚热带森林中破碎化相关的升温效应全年较为稳定，而温带和寒带森林则表现出明显的季节差异。在寒冷月份，破碎化的温度效应甚至可能由升温转变为降温。
图3 不同条件下森林破碎化和地表温度的关系
最后，研究团队利用结构方程模型，进一步比较了森林覆盖和破碎化对地表温度的相对作用。结果显示，在全球48%的森林区域中，森林破碎化对地表温度的影响强于森林覆盖，其影响强度平均约为森林覆盖效应的3.23倍。
图4 森林破碎化和森林覆盖对地表温度影响的比较
综上所述，仅关注森林面积变化可能不足以全面评估森林的气候调节作用，森林空间格局同样是影响森林热环境的重要因素。长期以来，全球森林保护和恢复策略主要围绕减少森林损失和增加森林面积展开，但如果面积恢复伴随着破碎化加剧，森林恢复带来的气候效益可能被削弱。因此，未来森林保护和气候治理应明确将森林空间格局变化纳入评估框架，这对于制定更加有效的基于森林的气候策略和促进可持续发展具有重要意义。
复旦大学生命科学学院的马俊副教授为该论文通讯作者；博士研究生李嘉伟为论文第一作者；硕士研究生吴佳昕为论文共同作者。