高纬度森林对全球气温的影响
2017-01-16 17:18阅读：
近期随着人类的活动，全球气温具有上升趋势，全球气候变化成为热点，本文将从高纬度森林植被的变化对全球气候的影响进行分析，从而得出一系列结论。
气温下降对高纬度森林的影响
全球平均气温的下降，意味着全球水分蒸发量的减少，也就是意味着全球平均降水量的减少，在中纬度，特别是高纬度尤为明显。如果降水明显减少，这意味着高纬度地区不再适宜森林生长。从气温下降角度看，我们依然可以很容易的想到，在高纬度地区，气温的明显下降会导致高纬度地区不再适宜森林生长。结论是，全球气温的逐渐下降，不论从哪个角度看，都对高纬度地区的森林生长是致命性的结果。
高纬度地区的木材蓄积量
而高纬度地区却蓄积了数额巨大的森林资源，这些森林资源对应着相应数量的二氧化碳，其数量的变化会明显影响地球大气二氧化碳的含量。美国的五大湖就是冰川侵蚀而成，在冰期这里被冰川覆盖，这意味着北纬45度以北的地区在冰期处于严寒状态，各种植被特别是森林植被难以存在。被植被固定的二氧化碳会逐渐释放到大气中，促使大气二氧化碳含量增加，进而影响全球平均气温。
北纬50度以北地区的森林蓄积量主要包括俄罗斯的894亿立方米（占世界总量的l/4以上）、加拿大的247亿立方米、瑞典的27亿立方米、芬兰的22亿立方米、挪威的10亿立方米、以及美国211亿立方米森林蓄积量的一部分，除美国森林蓄积量之外，大约共有1200亿立方米。
高纬度地区森林的碳固定量
不同树种、同一树种不同的生长条件，一立方米木材含有碳元素的质量不同，从0.08吨至0.5吨范围非常大。生长缓慢的针叶林枝干的含水量会很少，含碳量比较多。高纬度地区以针叶林为
主，树木枝干的含碳量较高，北纬50度以北地区的这1200亿立方米的森林蓄积量，我们取其接近最大值的每立方米木材0.45吨的含碳量应该是可以的，
其对应的二氧化碳是1.65吨。也就是说，俄罗斯、加拿大、瑞典、芬兰、挪威这五国蓄积的这1200亿立方米林木，固定了1980亿吨的二氧化碳。按每燃烧一吨标煤排放二氧化碳约2.6吨计算，燃烧761.5吨的标煤才可以放出1980亿吨的二氧化碳需要。
2000年全球煤炭产量是40多亿吨，2007年煤炭产量是56亿吨，比2013年产量略少的2014年煤炭产量是近82亿吨，折合成标煤会少一些。就是按照最近几年的煤炭产量，高纬度地区这五国的森林固定的二氧化碳也相当于全球10年的煤炭消耗放出的二氧化碳总量。
森林地区地上木材的碳储量只占森林地区总碳储量的一小部分，其地下部分的树根、枯枝落叶等有机物质储存了更多的碳，大约相当于地上木材碳储量的2.2倍。这意味着俄罗斯、加拿大、瑞典、芬兰、挪威森林地区地下部分蓄积了2.2倍地上木材的碳储量，约为4356亿吨的二氧化碳，加上地上部分的1980亿吨，共计6336亿吨二氧化碳。
人类的碳排放
1850~1998年，由于全球土地利用变化引起的全球碳排放量达810~1910亿吨，其中87%是由毁林引起，13%由草地开垦造成的，而同期工业排放约为2400~3000亿吨。在1850年之前的人类漫长历史，人类可能破坏了几百万平方千米的森林，对应着几百亿吨的碳排放量。1998年之前的这些碳排放加起来，大约也就是5000亿吨，达不到6000亿吨，没有俄罗斯、加拿大、瑞典、芬兰、挪威森林地区的总碳储量高。
现在全球一年碳排放近300亿吨，20年的排放量就可以相当于俄罗斯、加拿大、瑞典、芬兰、挪威森林地区的总碳储量。如果全球万年尺度的气候变化真的是高纬度地区森林植被的周期性的恢复与毁灭所致，那么，人类现在的行为已经扭转了这种周期性的变化根源，意味着人类对全球气候的变化因子已经产生决定性影响，人类已经成为气候变化的主要因子。
大气碳含量与高纬度地区碳含量的对比
之前中学课本上介绍的底层大气二氧化碳含量为0.033%，全球大气中的二氧化碳含量约为7600亿吨，高纬度森林地区6000多亿吨的碳储量已经接近大气碳储量的水平了，这意味着高纬度森林地区植被的繁盛和毁灭，会对大气中二氧化碳含量有重要影响，进而明显影响全球气候。
地球气候一直都是不稳定的，许多客观因素在阻碍或加强着气候变化，气候变化幅度虽然不小，但总是会回归的，这就形成了地球气候变化的波动性。
工业化以来的大气碳含量的变化
根据高纬度不同时期形成的冰盖中的气泡的二氧化碳含量，可以知道工业革命之前的大气二氧化碳含量是比较稳定，并处于较低水平状态。自1750年工业化进程开始以来，二氧化碳在大气中的浓度增加了39%，即大气二氧化碳含量增加了2100多亿吨，这意味着265年前的地球大气二氧化碳含量为5400多亿吨。这200多年人类活动导致的约5000亿吨的碳排放，大致近一半被海水溶解和植物吸收或沉积地下，大气容纳了近2500亿吨的碳排放，这个推理数据是接近这200多年来大气碳含量2100多亿吨的实际增加量的。
高纬度森林的变化对气候的影响
随着气温下降，俄罗斯、加拿大、瑞典、芬兰、挪威的森林会逐渐消失，其隐藏的6000多亿吨的碳储量会被释放到大气中，虽然近半的碳储量会被海洋溶解以及被低纬度植物吸收等因素而消耗掉，但是大气依然会增加3000多亿吨的二氧化碳，其影响比人类近现代200多年活动带来的大气2000多亿吨的二氧化碳增量还大。可见，高纬度地区森林地貌的变化，确实具有明显遏制地球气温变化的能力。
在地球气温下降的阶段，高纬度植被逐渐消失而向大气逐渐释放二氧化碳，并明显促使大气二氧化碳含量逐渐增加，从而提高大气的温室效应能力，遏制大气温度的继续下降。在地球气温上升阶段，高纬度的冰盖逐渐解冻消失，植被逐渐繁盛起来，向森林地貌前进，这个过程会固定大量二氧化碳，最终可以固定6000多亿吨，促使大气中的二氧化碳含量下降到较低水平。二氧化碳的温室效应贡献减少，气温上升趋势被遏制。可见，高纬度的森林植被起着遏制气温变化的作用，也许起着最终的决定性影响，让气温变化方向逆转。
265年前，俄罗斯、加拿大等地区的森林植被生长茂盛，大气二氧化碳含量已经处于较低水平，这意味着地球气温已经波动到较高值，气温变化方向将要被逆转或已经逆转，气温已经处于缓慢下降的波动过程中。谁知，这次周期性的气温波动被我们人类的工业化运动打破，气温从下降趋势逆转成了上升趋势。
主要温室效应气体的贡献量
在我们现在的大气中，三分之二的大气温室效应贡献是水汽完成的，只有略大于四分之一的贡献是二氧化碳完成的，剩余的主要由甲烷等气体完成。大气中的水汽主要取决于气温和下垫面情况，也就是气温的升高，总体上会导致全球水汽含量增加，进而导致水汽的温室效应增强，这可以促使气温进一步升高，这是一个良性促进循环系统，这也许是气温在某个阶段内具有持续波动上升的原因。同理，当气温下降时，水汽含量减少，水汽的温室效应减弱，气温具有进一步下降趋势，气温的进一步下降导致水汽含量进一步减少，如此循环，这自然是气温在某个阶段内持续下降的原因之一。而二氧化碳与水汽配合，起着引子作用，二氧化碳含量的变化对气温的影响，进而影响水汽含量，从而放大自己的影响，进而加剧了气温的变化幅度或速度。
可以逆转气候变化的因素
还有其它因素在遏制着气温变化，甚至起着逆转气温变化的作用。在气温下降到某个水平时，海平面会下降几十米，此时白令海峡成为陆地，北冰洋冰冷海水不再从这里流出，这虽然会降低北冰洋区域的气温或水温，但是，北太平洋的气温或水温会提高，这也许会成为全球气候的一个转折点。
随着海平面的下降，北冰洋的面积会大幅度萎缩，北大西洋与北冰洋的连接海域通道也会萎缩，这都会导致北大西洋热量流失减少，有利于气温的回转。北冰洋的萎缩会明显降低北半球热量的损耗，有利于北半球升温。
随着气温的下降，北大西洋暖流也会减弱或消失，这有利于北半球水温和气温的升高。可见，这些情况的变化都会对气温变化有重大影响，甚至会起着逆转作用。
海洋表层水温与内部水温差异很大，海洋内部水温的提高，自然有利于表层水温的提高，进而有利于气温的上升，反之亦然。那些影响海洋水温的重要事情，自然会影响气温的变化方向。比如，白令海峡的消失会对太平洋水温产生重要影响，自然就会对气候变化产生明显影响，甚至具有逆转效应。
全球海洋巨大的海水容量，理所应当的是遏制全球气温变化的重要因素。在气温上升时期，巨量的低温海水明显的遏制着气温上升，在气温下降时期，平均处于较高温度水平的海水又遏制着气温下降。可见，海水通过温度变化平衡着全球气温变化，也就是让全球气温变化幅度和变化速度降低。
恐龙等地质时代的气温推测
在恐龙时代，大气二氧化碳含量大，估计那时的大气二氧化碳含量会是现在的几倍，应该至少在3倍以上。全球气温处于较高状态，在高纬度地区几乎也是不冷的。大气二氧化碳含量大，降水多，导致植物生长很非常茂盛，是一个造煤时期。在恐龙时代后期，二氧化碳由于被茂盛的植被固定下来而沉积地下，大气二氧化碳含量逐渐下降，气温也逐渐跟着下降，这让哺乳动物逐渐体现了生存优势，逐渐淘汰了恐龙。
在石炭纪时期，大气二氧化碳含量更高，应该是现在大气二氧化碳含量的上百倍，在高纬度地区二氧化碳的温室效应尤为明显，全球处于潮湿而炎热状态。这带来了两栖动物的繁盛和造煤运动。
就是在侏罗纪之前，全球气温也是大幅度波动的，这来源于影响气温波动因素的复杂多样，毫无疑问，二氧化碳是其中的一个重要影响因素。而二氧化碳由于被植物固定而沉积地下或海底，其含量总体上处于波动下降趋势，这促使气温具有总体波动下降趋势。这是生物活动对全球气温影响的主要模式。
20多亿年前出现了可以光合作用的植物，氧气含量逐渐上升，氧气与甲烷化合反应，促使甲烷含量逐渐下降，最终甲烷几乎消失。大气二氧化碳含量随着氧气含量增加而逐渐下降，温室效应极强的甲烷含量也迅速下降，这带来全球气温的波动下降，对生物的进化产生着重大影响。但是，此时大气二氧化碳含量处于较高状态，温室效应虽然没有甲烷强大，但也处于较高水平，全球气温应该处于温暖潮湿状态。
气温变化对海平面的影响
恐龙时代以来，全球气温变化引起的高纬度冰川储量的变化带来的海平面升降现象是海平面升降现象的主要原因，而板块运动带来的海平面升降现象相对要少一些。气候变化带来的海平面升降现象频率明显大于地质运动带来的海平面升降现象的频率，并且气候变化带来的海平面升降范围更为庞大，且有规律。比如我国渤海或台湾海峡曾经多次出现的沧海桑田现象，主要就是气候变化引起，虽然地质运动也可以带来同样结果。因此，我们以某些海域曾经的沧海桑田现象来作为显示地质运动的例子似乎不妥。
如果全球冰川融化，可以导致海平面上升几十米，淹没沿海平原和部分岛屿。反之，气温下降可以在中高纬度地区产生更多冰川，促使海平面下降几十米或上百米，甚至一百多米，从而让许多海域变成陆地，让更多岛国消失，比如，英国与日本就会成为亚欧大陆的一部分。可见，气候变化确实是海平面升降的主要原因。
结论
二氧化碳含量的变化确实重大影响着全球气温的波动，导致二氧化碳含量变化的因素自然是影响全球气温波动的因素。全球气温的波动也带来了海平面的升降，并且常规的海平面升降现象更多是由于气候的变化所致，而不是之前我们常常认为的地质运动所致。
