气候变化有一种令人不安的趋势，即通过反馈效应自我放大。海冰融化会暴露深色水域，使海洋吸收更多热量。北极变暖加速了永久冻土中二氧化碳的释放。正如研究人员上周在奥地利瑟费尔德举行的一次会议上讨论的那样，极端气候——热浪、干旱和风暴——会阻碍植物生长，削弱了大气中二氧化碳上升的主要缓冲作用。
法国吉夫-叙尔-伊薇特气候与环境科学实验室的碳循环研究员菲利普·西亚斯说：“在气候变暖的情况下，热浪和干旱很可能变得更加频繁，生态系统会以某种方式做出反应。更多的风暴将为这个问题增加一个额外的维度。”
此次会议由 CARBO-Extreme 项目组织，该项目是由欧盟资助的来自 12 个国家的 27 个小组组成的 330 万欧元（450 万美元）的合作项目。与会者展示了一系列工具，用于揭示极端事件如何影响陆地碳循环，包括数值模型、二氧化碳通量测量和野外实验。西亚斯说，现在的挑战是预测极端气候的频率将如何变化，并模拟植物和生态系统复杂的生理反应——其中一些反应人们知之甚少。
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陆地植物在吸收空气中的二氧化碳以构建叶子、木材和根时，会形成巨大的碳“汇”。碳汇逐年变化，但平均而言，它会吸收化石燃料燃烧产生的年二氧化碳排放量的四分之一。德国耶拿马克斯·普朗克生物地球化学研究所的碳循环科学家、CARBO-Extreme 项目的协调员马库斯·赖希施泰因说，干旱、野火和风暴等事件很可能会“导致碳汇显著下降”。
气候异常已经产生了可检测到的影响。赖希施泰因说，卫星观测和来自二氧化碳测量塔的数据表明，极端事件使南欧的植物生产力平均降低了 4%，北欧降低了 1%。这使年度碳吸收量减少了 1.5 亿吨——相当于欧洲年人为二氧化碳排放量的 15% 以上。最极端的事件可以将森林和草原从碳汇转变为碳源。仅在 2003 年，欧洲就发生了一次破纪录的热浪，释放的二氧化碳比通常四年内锁定的二氧化碳还要多。
到目前为止，科学家们尚未发现极端天气事件有所增加。但他们预计会增加。荷兰皇家气象研究所（位于德比尔特）的气候学家雷恩德特·哈尔斯玛预测，像 1999 年的洛塔尔这样的飓风强度风暴将会激增，洛塔尔从比斯开湾向东北方向肆虐，使森林生物量减少了 1600 万吨。模型研究表明，到本世纪末，类似于洛塔尔和 2009 年在法国造成巨大破坏的另一次风暴将在欧洲变得普遍 25 倍。到本世纪中叶，欧洲发生重大热浪的可能性预计将增加高达十倍。
缺水使植物更难抵御病原体和昆虫。2003 年热浪过后，毛毛虫摧毁了法国蒙彼利埃附近的地中海栎树林。研究人员认为，这引发了大量的碳排放，但这种反应很难预测。西亚斯说，亚马逊河流域 2005 年和 2010 年的严重干旱似乎释放的二氧化碳比预期的要少得多。“在某些生态系统中，小的干扰可能会产生很大的影响，”他补充道。“在另一些生态系统中，即使是严重的异常情况似乎也只会造成很小的损害。”
CARBO-Extreme 团队进行了野外实验，模拟了从大西洋松树林到高山草甸等不同气候和植被类型的干旱。未公布的结果表明，在草原中，干旱显着减缓了光合作用，而光合作用会将碳储存在叶子、根和土壤中。它对释放碳的土壤呼吸作用的影响较小，因此最终结果是碳吸收量下降。
奥地利因斯布鲁克大学生态学家迈克尔·班负责一项草原实验，他说，实验还表明，植物和土壤保留了对扰动的“记忆”。他模拟了一系列的干旱，发现后期的干旱对净碳排放的影响更大。现有的生物圈模型没有捕捉到这种影响，班认为这可能是由于土壤微生物的变化造成的。
这种遗漏可能会导致模型出现很大的偏差。世界上的土壤中含有近 100 吉吨的碳——是整个大气层的两倍。班说，仅土壤呼吸率增加 10%，一年内释放的二氧化碳就会比人类排放的还要多。