更多二氧化碳無助於北部森林或避免氣候變遷

: By Noah Charney，亞利桑那大學

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我們已經聽說過溫室氣體排放如何推動人們體驗到的溫度和降水變化的預測。但這些變化如何影響世界森林對未來也有廣泛的影響。

溫暖的冬天和更長的生長季節會導致樹木生長得更快嗎？如果是這樣，也許更快的樹木生長可以減緩氣候變遷的速度，因為樹木在生長時會從空氣中吸收碳。

或者，更炎熱的夏季將意味著更多類似乾旱的情況，從而阻礙樹木的生長能力，從而導致我們的林地惡化。

在最近的一篇文章，我和我的同事著手製作一張地圖，展示氣候變遷如何影響整個北美大陸的樹木生長。為此，我們深入研究了 1900 年至 1950 年期間樹木生長的歷史記錄，這些記錄是由許多專門的野外生態學家在幾十年來收集的，並存放在國際樹木年輪資料庫.

我們發現，儘管二氧化碳濃度上升可能對樹木帶來潛在好處，但北美大部分地區樹木的日常生活將變得更具挑戰性。這與一些科學家的希望相反，即氣候變遷將使北緯森林受益匪淺。

樹木如何應對氣候

預測未來樹木生長的第一個障礙是了解不同生態系中的樹木如何應對氣候波動。

您可能會猜測，在寒冷的北部森林中，一點熱量可能有助於樹木生長，而在西南沙漠中，更多的熱量可能是那裡的樹木最不想要的。這一觀察結果促使先前的科學家提出了“北方綠化” 假設 – 全球暖化將導致北部北方森林生長更快，有助於緩解氣候變遷。

我們利用歷史樹木年輪資料來繪製區域氣候與樹木生長之間的關係。將每個年輪與相應年份的天氣模式相匹配，我們可以了解樹木如何應對氣候波動。例如，我們發現，在氣候類似阿拉斯加費爾班克斯的地方，六月氣溫高於平均水平導致樹木生長加快，但在類似鳳凰城的氣候中，樹木生長較慢。

隨著氣候變化，我們可能會預期樹木的反應也會發生變化。例如，在費爾班克斯，我們的模型實際上預測，未來六月高於平均水平的氣溫將不利於那裡的樹木生長，這與歷史關係相反。為什麼？費爾班克斯變暖得如此之快，以至於它轉移到了一個新的氣候帶，在這個氣候帶中，額外的變暖現在是一種損害。其他研究人員實際上已經開始看到這樣的現象地面發生轉變在阿拉斯加州。

一旦我們描述了樹木如何應對整個大陸的氣候變化，我們就可以使用聯合國的預測政府間氣候變化專門委員會（IPCC）來預測整個大陸樹木生長的相應變化。對於北美地圖上的每個像素，我們根據兩組資訊預測了森林將如何變化——我們透過樹木年輪分析建立的生長與氣候關係以及預計的非洲大陸氣候變化。

碳施肥

我們研究過的這個難題還有一個問題。氣候變遷主要是由額外二氧化碳的累積造成的，而植物則利用二氧化碳進行光合作用。就像我們呼吸氧氣才能生存一樣，植物也呼吸二氧化碳才能生存。因此，二氧化碳含量的增加可能會直接加速樹木的生長。這被稱為“碳施肥」因為這就像我們透過空氣向植物添加肥料以幫助它們生長。

科學家們嚴重分裂關於這種類型的碳施肥是否真的會導致生長增加，如果是的話，增加多少。在我們的論文中，我們並沒有試圖解決這個爭論。相反，我們只是考慮了碳施肥強度的多種不同可能性。

為了模擬碳施肥，我們使用了教授建議的一個巧妙的小技巧葛拉漢法誇爾澳洲國立大學。這個技巧依賴於這樣一個事實：當植物吸入二氧化碳時，水會逸出。將葉子上的毛孔想像成張開和關閉以呼吸的小嘴。植物需要張開嘴呼吸的次數越多，逸出的水分就越多。因此，植物會盡可能地閉緊自己的嘴。

如果空氣中漂浮的二氧化碳濃度非常高，植物只需要張開一點點空氣就可以吸入一小口空氣，而不會失去太多水分。因此，當我們用空氣中的碳給植物施肥時，這會直接減少植物能夠保留的水量——二氧化碳越多，葉子的氣孔就會更有效地吸收氣體，過程中損失的水也會更少。

我們可以假裝植物吸收了更多的雨水，而不是試圖模擬更多的遊離碳漂浮在空氣中。對生長的最終影響應該本質上是相同的，因為碳吸收和保水是直接相關的。

在沙漠中，水資源非常寶貴，植物非常願意閉嘴，施一點碳肥（或一點額外的降雨）應該對幫助植物生長大有幫助。相較之下，在雨林中，植物可以以很少的成本張開嘴，碳施肥（或額外的降雨）可能對植物沒有多大幫助。

在我們的研究中，我們透過簡單地將更多的未來降水添加到我們的模型中來模擬碳施肥。為了滿足那些堅信碳施肥將會成功的科學家的要求，在一些模擬中，我們按照預計釋放到大氣中的額外碳量的比例添加了額外的水。為了滿足那些不相信碳肥效應會實現的科學家的反對，我們還在不增加水的情況下進行了模擬。我們在其間的各個層級上進行了模擬。