摘要
通过《蒙特利尔议定书》控制消耗臭氧物质的生产意味着平流层臭氧层正在恢复1随之而来的有害表面紫外线辐射的增加正在被避免2，3.．《蒙特利尔议定书》对减缓气候变化有共同好处，因为臭氧消耗物质是强有力的温室气体4，5，6，7．避免紫外线辐射和气候变化对植物和它们通过光合作用储存碳的能力也有共同的好处8，但这在以前没有被研究过。在这里，我们使用了一个将臭氧消耗、气候变化、紫外线辐射对植物的损害和碳循环耦合起来的建模框架，探讨了避免紫外线辐射增加和气候变化对陆地生物圈及其作为碳汇的能力的好处。考虑紫外线辐射对植物生长影响的强度范围8，9，10，11，12，我们估计，如果没有《蒙特利尔议定书》，到本世纪末(2080-2099年)植物和土壤中的碳含量可能会减少3250 - 6900亿吨(与控制臭氧消耗物质的气候预测相比)。这一变化可能导致大气中二氧化碳含量增加115-235 ppm，这可能导致全球平均表面温度额外升高0.50-1.0度。我们的研究结果表明，《蒙特利尔议定书》通过避免陆地碳汇的减少，也可能有助于缓解气候变化。
这是订阅内容的预览，通过你所在的机构访问
相关的文章
引用本文的开放获取文章。
平流层臭氧损耗、紫外线辐射以及与气候变化相互作用的环境影响:联合国环境规划署环境影响评估小组，2021年更新
光化学和光生物科学开放获取2022年2月21日
尽管臭氧开始恢复，但南极持续的极端紫外线辐照
科学报告开放获取2022年1月24日
访问选项
订阅《自然》+
立即在线访问《自然》和其他55种《自然》杂志
29.99美元
每月
订阅期刊
获得1年的完整期刊访问权限
199.00美元
每期仅需3.90美元
所有价格均为净价格。
增值税稍后将在结帐时添加。
税务计算将在结账时完成。
买条
在ReadCube上获得时间限制或全文访问。
32.00美元
所有价格均为净价格。
数据可用性
所有相关JULES和NIWA-UKCA模型输出和输入数据已存档(https://doi.org/10.5281/zenodo.4733883）.
代码的可用性
用于这些模拟的JULES代码可在英国气象局科学存储系统(MOSRS;https://code.metoffice.gov.uk/trac/jules；需要注册)修订15798。模拟使用Rose套件u-bb620，也可通过MOSRS获得。NIWA-UKCA CCM基于HadGEM3气候模型，该模型在许可下可用。详情请联络O.M. (olaf.morgenstern@niwa.co.nz)。
参考文献
世界气象组织。臭氧损耗的科学评估:2018．第58号报告(全球臭氧和研究监测项目，2018年)。
van Dijk, A.等。《蒙特利尔议定书》避免的皮肤癌风险——将耦合气候化学模型与紫外线风险模型结合起来的全球建模。Photochem。Photobiol．89， 234-246(2013)。
麦肯齐等人。通过将高质量的紫外线测量结果与两个化学气候模式的“世界避免”计算结果进行比较，证明了《蒙特利尔议定书》的成功。科学。代表．9， 12332(2019)。
由氟氯化碳引起的温室效应:对气候的影响。科学190， 50-52(1975)。
Morgenstern, O.等人。蒙特利尔议定书避免了这个世界。地球物理学。卷．35， l16811(2008)。
纽曼，p.a.等人。如果没有对氯氟烃(cfc)进行监管，臭氧层会发生什么?大气压。化学。理论物理．9， 2113-2128(2009)。
加西亚，R. R，金尼森，D. E. &马什，D. R.用整个大气群落气候模型进行“世界避免”模拟。j .地球物理学。Res．117， d23303(2012)。
Ballaré， C. L.，考德威尔，M. M.，弗林特，S. D.，罗宾逊，S. A. &伯恩曼，J. F.太阳紫外线辐射对陆地生态系统的影响。模式、机制以及与气候变化的相互作用。Photochem。Photobiol。Sci．10， 226-241(2011)。
纽沙姆，K. K.和罗宾逊，S. a .极地地区植物对UVB暴露的反应:元分析。水珠。改变生物．15， 2574-2589(2009)。
李,F.-R。，Peng, S.-L., Chen, B.-M. & Hou, Y.-P. A meta-analysis of the responses of woody and herbaceous plants to elevated ultraviolet-B radiation.Acta Oecol．36， 1-9(2010)。
瑟尔斯，P. S.，弗林特，S. D.和考德威尔，M. M.模拟平流层臭氧损耗的植物田间研究的元分析。环境科学127， 1-10(2001)。
傅国强，沈志刚，沈志强。UV-B辐射增强对青藏高原植物生理和生长的影响:meta分析学报杂志。植物．39， 85(2017)。
卢卡斯，r.m.等人。在不断变化的平流层臭氧和气候下，暴露于太阳紫外线辐射的人类健康。Photochem。Photobiol。Sci．18， 641-680(2019)。
伯恩曼，J. F.等。平流层臭氧、紫外线辐射与气候变化之间的联系及其对陆地生态系统的影响。Photochem。Photobiol。Sci．18， 681-716(2019)。
威廉森，c.e.等人。平流层臭氧损耗、紫外线辐射和气候变化对水生生态系统的相互作用。Photochem。Photobiol。Sci．18， 717-746(2019)。
莫利纳，M. J. &罗兰，F. S.平流层氟氯甲烷汇:氯原子催化臭氧破坏。自然249， 810-812(1974)。
所罗门，S.，加西亚，R. R.，罗兰，F. S.和维布尔斯，D. J.关于南极臭氧消耗。自然321， 755-758(1986)。
平流层臭氧损耗:概念和历史回顾。启“．37， 275-316(1999)。
维尔德斯，G. J. M.，安德森，S. O.，丹尼尔，J. S.，费伊，D. W. &麦克法兰，M.《蒙特利尔议定书》在保护气候中的重要性。国家科学院学报美国104， 4814-4819(2007)。
Prather, M.， Midgley, P.， Rowland, F. S. & Stolarski, R.臭氧层:未走的路。自然381， 551-554(1996)。
吴勇，Polvani, L. M. & Seager, R.蒙特利尔议定书在保护地球水气候中的重要性。j .爬．26， 4049-4068(2013)。
Polvani, L. M.， Camargo, s.j. & Garcia, r.r.蒙特利尔议定书在减轻热带气旋潜在强度方面的重要性。j .爬．29， 2275-2289(2016)。
Previdi, M. & Polvani, L. M.蒙特利尔议定书对南极表面物质平衡的影响和对全球海平面上升的影响。j .爬．30.， 7247-7253(2017)。
奇普菲尔德，m.p.等。量化《蒙特利尔议定书》已经实现的臭氧和紫外线效益。Nat。Commun．6， 7233(2015)。
纽曼，P. A. &麦肯齐，R.蒙特利尔议定书避免的紫外线影响。Photochem。Photobiol。Sci．10， 1152-1160(2011)。
Neugart, S. & Schreiner, M. UVB和UVA作为园艺和农业作物的应激源。科学。Hortic．234， 370-381(2018)。
fisus, E. L. & Booker, F. L. UV-B的增加是对作物光合作用和生产力的威胁吗?Photosynth。Res．43， 81-92(1995)。
Morgenstern, O.等人。回顾化学-气候模式倡议(CCMI)第一阶段使用的全球模式。Geosci。模型开发．10， 639-671(2017)。
贝斯特，M. J.等。联合英国陆地环境模拟器(JULES)，模型说明-第1部分:能量和水通量。Geosci。模型开发．4， 677-699(2011)。
克拉克，d.b.等。联合英国土地环境模拟器(JULES)，模型描述-第2部分:碳通量和植被动态。Geosci。模型开发．4， 701-722(2011)。
范伍伦，d.p.等人。具有代表性的浓度途径:概述。爬。改变109， 5-31(2011)。
巴洛，J.等。超高多样性热带生态系统的未来。自然559， 517-526(2018)。
柯林斯等人在气候变化2013-自然科学基础:第一工作组对政府间气候变化专门委员会第五次评估报告的贡献(编斯托克，t.f.等)1029-1136(剑桥大学出版社，2013)。
考克斯，P. M.，贝茨，R. A.，琼斯，C. D.，斯波，S. A. &托特德尔，I. J.耦合气候模式中碳循环反馈对全球变暖的加速作用。自然408， 184-187 (2000);勘误表408， 750(2000)。
海曼，M. & Reichstein, M.陆地生态系统碳动态和气候反馈。自然451， 289-292(2008)。
考德威尔，m.m.光生理，当前光生物学和光化学课题卷六(编。吉斯，a.c.) 131-177(学术出版社，1971年)。
考德威尔，m.m.，坎普，l.b.，华纳，c.w.和弗林特，s.d.平流层臭氧减少、太阳紫外线辐射与植物生命第八卷(编Worrest, R. C. & Caldwell, m.m.) 87-111(施普林格，1986)。
Calbó， J.， Pagès, D. & González, J.云对紫外线辐射影响的实证研究综述。启“．43， rg2002(2005)。
阿罗拉，V. K.等。CMIP5地球系统模式中的碳浓度和碳气候反馈。j .爬．26， 5289-5314(2013)。
威廉森，c.e.等人。气候变化中的太阳紫外线辐射。Nat,爬。常．4， 434-441(2014)。
Rigby, M.等人。基于大气观测的中国东部CFC-11排放量的增加。自然569， 546-550(2019)。
蒂尔梅斯，S.，加西亚，R. R.，金尼森，D. E.，盖特曼，A. &拉希，P. J.地球工程气溶胶对对流层和平流层的影响。j .地球物理学。Res．114， d12305(2009)。
美国国家航空航天局。臭氧的手表https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology/annual_data.html(2019)。
Morgenstern, O.等人。新的UKCA气候组成模式的评价-第1部分:平流层。Geosci。模型开发．2， 43-57(2009)。
休伊特，h.t.等人。设计和实施HadGEM3的基础设施:下一代英国气象局气候模拟系统。Geosci。模型开发．4， 223-253(2011)。
世界气象组织。臭氧损耗的科学评估:2010．第52号报告(全球臭氧研究与监测项目，2011)。
Morgenstern, O.等人。CCMI-1模拟中臭氧对不同温室气体和臭氧消耗物质的敏感性。大气压。化学。理论物理．18， 1091-1114(2018)。
爱德华兹，J. M.和斯林戈，a .研究与灵活的新辐射代码。I:为大型模型选择配置。Q. J. R. meteol。Soc．122， 689-719(1996)。
福斯特等。化学气候模式中辐射方案性能的评价。j .地球物理学。Res．116， d10302(2011)。
Lauer, a. & Hamilton, K.用全球气候模式模拟云:CMIP5结果与CMIP3和卫星数据的比较j .爬．26， 3823-3845(2013)。
Dee, D. P.等。era -中期再分析:数据同化系统的配置和性能。Q. J. R. meteol。Soc．137， 553-597(2011)。
弗林特，S. D.和考德威尔，M. M.高等植物臭氧消耗研究的生物光谱加权函数。杂志。植物．117， 137-144(2003)。
Kotilainen, T.， Lindfors, A.， Tegelberg, R. & Aphalo, P. J.室外UV-B补充灯具反映臭氧损耗的现实程度:增强误差的评估。Photochem。Photobiol．87， 174-183(2011)。
弗林特，S. D.，雷尔，R. J. &考德威尔，M. M.陆地群落的生态系统UV-B实验:最近发现和方法的回顾。阿格利司。对。Meteorol．120， 177-189(2003)。
保尔特，B.等。地球系统模型的植物功能类型分类:来自欧洲航天局土地覆盖气候变化倡议的结果。Geosci。模型开发．8， 2315-2328(2015)。
哈珀，a.b.等人。在联合英国土地环境模拟器(JULES v4.2)中使用植物特征信息改进了植物功能类型和生理学的表示。Geosci。模型开发．9， 2415-2440(2016)。
哈珀，a.b.等人。具有新植物功能类型的JULES4.6碳循环构型下的植被分布和陆地碳循环Geosci。模型开发．11， 2857-2873(2018)。
亨廷福德，C. &考克斯，P. M.一个模拟模型，从现有的GCM模拟中获得额外的气候变化情景。爬。直流发电机．16， 575-586(2000)。
Meinshausen, M.等。1765 - 2300年RCP温室气体浓度及其扩展。爬。改变109， 213-241(2011)。
Huntingford, C.等人。利用GCM模拟模型研究亚马逊森林枯死的可能性。定理。达成。Climatol．78， 177-185(2004)。
弗里德林斯坦等人。气候-碳循环反馈分析:C4MIP模式对比结果。j .爬．19， 3337-3353(2006)。
确认
P.J.Y.得到了英国工程和物理科学研究委员会(资助EP/R01860X/1)，自然环境研究委员会(资助NE/R004927/1)和兰卡斯特大学科学与技术学院的支持。A.B.H.感谢英国工程和物理科学研究委员会(EP/N030141/1奖学金)和自然环境研究委员会(NE/P019951/1资助)的资助。C.H.感谢英国国家能力赠款给予英国生态和水文中心。O.M.通过NIWA项目CACV得到了新西兰政府战略科学投资基金(SSIF)的支持。L.D.O.由NASA建模、分析和预测项目支持。S.M.和R.R.G.得到了美国国家大气研究中心的支持，该中心是美国国家科学基金会根据合作协议编号1852977赞助的一个主要机构。我们感谢新西兰国家高性能计算设施对这项研究成果的贡献，该设施由新西兰eScience基础设施(NeSI)提供，由NeSI的合作机构联合资助，并通过新西兰商业、创新和就业部的研究基础设施计划。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
P.J.Y.在与N.D.P. P.J.Y.、A.B.H.和C.H.对话的基础上构思了初步研究，设计并构建了建模框架和模拟，进行了分析，并与N.D.P.一起撰写了手稿。o.m.、P.A.N、L.D.O、S.M.和r.r.g提供了运行框架的模型模拟数据，并输入了所使用的参数化，并为编写文稿做出了贡献。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
额外的信息
同行评审信息自然感谢Pedro J. Aphalo, Benjamin Felzer, Veerabhadran Ramanathan和其他匿名审稿人对本工作的同行评审所作的贡献。同行评审报告是可用的。
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图1不同纬度带对NPP的影响
一个- - - - - -c， JULES的NPP时间序列数据，如图所示。2，但对于30°-60°N (一个)， 30°s-30°n (b)和南纬55°-30°(c）.
补充信息
权利和权限
关于本文
引用本文
杨，p。j。哈珀，a。b。亨廷福德，C。et al。《蒙特利尔议定书》保护陆地碳汇。自然596， 384-388(2021)。https://doi.org/10.1038/s41586-021-03737-3
收到了：
接受：
发表：
发行日期：
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03737-3
这篇文章被引用
尽管臭氧开始恢复，但南极持续的极端紫外线辐照
科学报告（2022）
平流层臭氧损耗、紫外线辐射以及与气候变化相互作用的环境影响:联合国环境规划署环境影响评估小组，2021年更新
光化学和光生物科学（2022）
