基本信息

标题

Historical deforestation drives strong rainfall decline across the southern Amazon basin
历史上的森林砍伐导致了南亚马逊盆地强降雨量的减少

发表时间

2026-01-05

作者

Jiangpeng Cui1*, Shilong Piao2*, Chris Huntingford3, Tao Wang1, Dominick V. Spracklen4

作者机构

1 中国科学院青藏高原研究所，青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室，北京 100101，中国。
2 北京大学城市与环境科学学院，中法地球系统科学研究所，碳中和研究院，北京 100871，中国。
3 英国生态与水文中心，牛津郡瓦林福德，OX10 8BB，英国。
4 英国利兹大学地球与环境学院，利兹，英国。
*通讯作者。电子邮件：cuijp@itpcas.ac.cn (J. Cui), slpiao@pku.edu.cn (S. Piao)

期刊

Nat Commun

DOI

10.1038/s41467-026-68361-z

摘要

亚马逊森林最近经历了大量的人为森林覆盖损失。然而，这种历史上的森林砍伐通过区域间大气水分传输在多大程度上改变了观测到的降水仍不清楚。在此，我们结合卫星观测和大气水分追踪模型量化了过去四十年（1980-2019）这些反馈的影响。我们在亚马逊流域观测到的降水呈现出对比明显的北部增加和南部减少的趋势。南亚马逊流域显著的降水减少每年达到3.9-5.4毫米，导致整个观测期间年降水量下降了8-11%。我们发现这种降水减少主要是由于南流域及其上风区域的大规模森林砍伐（占52-72%）。森林砍伐大幅抑制了森林来源的水分，增加了大气稳定性和水分流出，从而导致降水减少。我们还发现气候模型大大低估了降水对森林砍伐的敏感性，这意味着亚马逊森林可能比之前预测的更早面临重大损失的风险。

导读

该研究通过卫星观测与大气水分追踪模型揭示，过去四十年南亚马逊流域大规模历史砍伐导致区域降水显著下降，主要归因于森林源水汽减少、大气稳定度升高及水汽外流增强，且气候模型严重低估了这一敏感性。

引言

研究背景

亚马逊森林是地球上生物多样性最丰富的陆地生态系统，并在调节全球气候系统中发挥关键作用。然而，近年来由于人类活动导致的森林砍伐显著增加，尤其是在亚马逊盆地南部地区。研究表明，亚马逊森林正接近一个临界点，可能因气候变化或大规模砍伐而遭受不可逆的损失。森林通过蒸散发循环大量水分，对维持区域降水至关重要，因此理解历史砍伐如何改变植被-气候反馈机制具有重要意义。

科学问题与动机

尽管亚马逊森林砍伐现象已被广泛记录，但其通过区域间大气水分传输对降水的具体影响尚不明确。核心科学问题是量化过去几十年中森林砍伐对降水减少的贡献，并探讨这种变化背后的驱动因素。

现有研究不足

现有气候模型低估了降水对森林砍伐的敏感性，特别是在亚马逊盆地南部地区。此外，许多研究未能充分考虑上风区域砍伐对局部降水的远程影响，从而低估了整体效应。

研究目标与创新

本研究旨在结合卫星观测和大气水分追踪模型，揭示亚马逊盆地南部降水下降的主要原因。 我们发现，52%-72%的降水减少可归因于森林砍伐。同时，我们提出了一种新的加权森林覆盖率指标（FC_w），以综合评估本地及上风区域砍伐对降水的影响。这一方法为未来预测提供了更精确的基础。

方法

数据来源与类型

使用1980–2019年全球降水气候学计划（GPCP v2.3）和全球降水气候中心（GPCC v2022）卫星-台站融合降水数据（分辨率分别为2.5°×2.5°和1°×1°）；1980–2020年GLEAM v3.5a蒸散发数据经水均衡法校准（ET_wb），结合GRACE-REC陆地水储量变化、GRDC径流观测及10个亚马逊子流域水文验证；1982–2016年UMD全球土地变化森林覆盖数据（0.05°×0.05°，>5 m树高定义）；太阳辐射（TPDC，10 km）、ERA5再分析气象场（1°×1°，1979–2020）等。所有数据统一重采样至1°×1°年尺度。

核心方法或技术

采用WAM-2layers二维欧拉框架大气水分追踪模型，强制输入观测驱动的降水（GPCP/GPCC）与水均衡校准蒸散发（ET_wb），替代ERA5原生变量；引入加权森林覆盖（FC_w）指标，基于Precipitationshed（2001–2018气候态）对局地及南美上游陆源水分贡献区的森林覆盖按水分贡献权重积分；通过因子模拟剔除北亚马逊非毁林蒸散发变化干扰；辅以CAPE、ET输送距离与局地滞留分数等动力诊断量评估大气稳定性与水分输运变化。

研究过程或实验步骤

首先计算1980–2019年亚马逊全流域降水趋势；继而运行WAM-2layers分离海洋/陆源降水贡献；构建FC_w指标并关联1982–2016年陆源降水变化；开展两组关键模拟：①观测驱动回归（图4a），固定北区蒸散发为季节均值以排除气候干扰；②过程驱动归因（图4b），基于毁林-蒸散发缩放关系生成有/无毁林情景的ET输入，差值得到因果效应；同步分析CAPE、ET输送距离与局地滞留率时空变化及其与FC_w/FC_dw的相关性；最后耦合LUH2未来毁林情景（SSP2-4.5 primf/secdf）量化降水响应。

方法创新点或亮点

提出并应用加权森林覆盖（FC_w）综合度量指标，首次系统整合局地与上游毁林对局地降水的跨区域水分反馈影响；发展水均衡校准蒸散发（ET_wb）方法，显著提升毁林信号在蒸散发长期趋势中的可检测性；建立观测约束的毁林-降水线性响应关系（R²=0.36, p<0.001），突破传统仅关注局地毁林的局限，为亚马逊水循环反馈提供新范式。

结果

南北降水趋势呈显著相反格局

1980–2019年间，亚马逊盆地整体无显著降水趋势，但呈现清晰的南北分异：北部降水普遍增加，南部77–80%区域显著减少；南部部分区域降水减少趋势达统计显著（p < 0.05），局部年降幅超10 mm yr⁻¹；区域平均显示，南部降水以3.9或5.4 mm yr⁻¹ yr⁻¹速率显著下降（p < 0.05），对应过去四十年累计减少8–11%。

南部降水减少主因陆源水汽循环减弱

南部降水减少不能仅由海洋水汽贡献解释（图1d），而主要由陆源再循环降水趋势主导：其年均减少3.6或4.1 mm yr⁻¹ yr⁻¹，占观测总降水负趋势的76%或92%（图1f）；该结果表明过去四十年南部陆–气候水汽反馈强度已显著削弱。

南部森林覆盖损失是降水减少的主要驱动因子

南部盆地82%区域森林覆盖率呈显著下降趋势，区域平均累计损失7.7个百分点（1982–2016）；加权森林覆盖（FC_w）与陆源再循环降水呈稳健负相关（R² = 0.36, p < 0.001）；FC_w每下降1个百分点，本地再循环降水减少11.6 mm yr⁻¹；历史期FC_w下降5.0%，导致再循环降水减少96.7 mm yr⁻¹（2.8 mm yr⁻¹ yr⁻¹），解释南部观测降水减少量的52–72%。

结论

森林砍伐显著削弱了亚马逊南部盆地的降水

研究表明，过去四十年中，亚马逊南部盆地经历了显著的降水减少，主要原因是大范围森林砍伐。森林覆盖率下降直接抑制了蒸散发，减少了大气中的水分供应，并增加了大气稳定性，从而导致区域降水减少。这种变化不仅影响局部气候反馈机制，还通过改变上风区域的水分输送进一步加剧了降水的减少。

气候模型低估了森林砍伐对降水的影响

研究发现，当前气候模型普遍低估了森林砍伐对降水减少的影响。模型预测的降水响应仅为观测值的一半左右，这表明亚马逊森林可能比预期更早达到“临界点”。因此，未来气候变化和森林砍伐的综合效应可能导致亚马逊生态系统面临更大的风险。

减少砍伐与再造林可缓解降水减少

研究指出，减缓森林砍伐并实施大规模再造林能够有效缓冲气候变化对降水的负面影响。保护现有森林和恢复已砍伐区域不仅可以逆转降水减少趋势，还能增强亚马逊森林对未来干旱和气候变化的适应能力，降低生态系统崩溃的风险。

局限性与展望

尽管本研究揭示了历史森林砍伐对亚马逊南部降水减少的主要驱动作用，但数据分辨率限制可能导致局部小规模砍伐未被完全捕捉。此外，未来气候变化、火灾及二氧化碳浓度上升等因素可能进一步影响亚马逊生态系统的稳定性。未来研究需结合更高精度的观测数据和改进的耦合模型，以更好地评估森林砍伐的长期影响。

主要图表

图 1. 亚马逊盆地的观测降水趋势及其水分来源。a，GPCP数据集中的降水趋势。b，GPCC数据集中的降水趋势。黑色水平线位于南纬7.5°，表示我们划分亚马逊盆地北部和南部的界限，而外侧黑色曲线定义了亚马逊盆地的完整空间范围。点状区域表示趋势具有统计显著性（p < 0.05）。c，两个降水数据集在整个、北部和南部亚马逊盆地平均的降水趋势。误差棒代表趋势的标准误差。星号表示趋势显著（p < 0.05）。d，对降水趋势的直接海洋贡献（P_oceanic）。e，对降水趋势的陆地再循环贡献（P_recycled）。f，在整个、北部和南部亚马逊盆地平均的海洋和陆地再循环对降水趋势的贡献。所有面板中的趋势均计算于1980–2019年期间。在d–f中，P_oceanic和P_recycled基于GPCP数据集的大气水分追踪得出。基于GPCC的水分追踪结果见补充图2。此处P_total = P_recycled + P_oceanic。

图 2. 南部亚马逊盆地降水趋势的驱动因素。a，森林覆盖变化趋势。点状区域表示趋势具有统计显著性（p < 0.05）。b，经水量平衡计算校准的蒸散发（ET_wb）趋势。c，向下短波辐射趋势。d，面板a–c中三个驱动因子及陆地再循环降水（图1e）的纬向平均趋势。阴影区域表示95%置信区间。

图 3. 由于南部亚马逊盆地大规模毁林导致陆地-气候反馈减弱的土地表面和大气过程示意图。a，未受干扰或人类活动影响较小的森林区域。这些地区具有高大复杂的冠层结构，维持强烈的地表-大气湍流混合和湿润空气。在此情况下，区域性和上风向蒸散发具有强大的水分再循环和反馈机制以维持区域降水。b，已发生大规模毁林。这种情况下，蒸散发显著下降，从而减少供给降水的可用水分。此外，大气变干增加了其稳定性，进一步减少降水，延长水分输送距离，并促进水分流出南部盆地（见图5）。“输出”代表从特定区域（此处一般指亚马逊盆地）输送出去的大气水分。箭头宽度表示大气输送或地表-大气通量交换中水分量的相对大小。箭头水平部分长度表示大气水分输送的相对距离。对于每个过程，括号中的红色符号‘+’和‘-’分别表示毁林后的增加或减少（即b面板相对于a面板的影响）。

图 4. 森林覆盖变化对再循环降水的影响。a，南部亚马逊盆地加权森林覆盖与陆地再循环降水的相关性。再循环降水来自由水量平衡法估算的蒸散发驱动的水分追踪模型。回归线（黑线）基于不同空间点，每个点代表1982–2016年共同期内南部亚马逊盆地局部再循环降水和加权森林覆盖的变化。每个点代表南部盆地内的一个1°×1°网格。蓝线、红线和绿线分别标记过去35年、SSP2-4.5（primf）和SSP2-4.5（primf + secdf）情景下加权森林覆盖的变化及相应的陆地再循环降水减少量。“Primf”代表原始森林，“secdf”代表包括森林恢复和植树造林等气候缓解策略的次生林（方法部分）。阴影区域表示南部盆地变化的95%置信区间。为便于说明，水平和垂直零线以灰色虚线显示。b，同a，但降水变化水平来自水分追踪模型在有无毁林直接驱动下的模拟差异。毁林后的蒸散发基于森林覆盖-蒸散发缩放方法。由于b面板是直接的过程模型输出，我们不将其作为统计发现（如提供p值），但仍拟合一条线性回归线（黑线）以便与a面板比较。

图 5. 南部亚马逊盆地大气过程的变化及其与森林覆盖变化的关系。a、c、e，CAPE（a）、蒸散发（ET）水分输送距离（c）以及ET水分保留在本地网格的比例（e）在1982–2016年期间的空间变化模式。点状区域表示趋势具有统计显著性（p < 0.05）。b、d、f，各空间点上（b）CAPE与加权森林覆盖（FC_w）之间、（d）ET输送距离与下风向加权森林覆盖（FC_dw；方法部分）之间、（e）ET水分保留在本地网格的比例与森林覆盖之间的关系。所有b、d、f中的点均位于南部亚马逊盆地，每个点代表一个1°×1°网格，计算时段为1982–2016年。在b、d、f中，黑线为拟合的线性回归线，红色阴影区域表示回归的95%置信区间。