水汽的旅程：揭秘砍伐森林如何影响全球水循环

越来越多的证据表明，破坏热带雨林的行为正在扰乱大气层中水的流动，造成降水的重大变化，可能导致中国、印度和美国中西部等关键农业地区出现干旱。

图1 森林产生的水分在数千英里外产生降雨 来源：RICHARD WHITCOMBE – SHUTTERSTOCK

森林中的每一棵树都是一座喷泉，通过其根部从地下吸取水分，并通过叶片上的气孔释放水蒸气到大气中。数以亿计的树木形成了空中的巨大水流——这些水流形成云层，在数百甚至数千英里之外形成了降雨。

然而，当我们砍掉地球上的树木时，我们有可能使这些空中的水流和依赖它们降雨的土地干涸。越来越多的研究表明，在许多大陆内部，这种迄今为止常被忽视的森林砍伐的影响，可能会在许多内陆地区超过全球气候变化的影响。它可能使尼罗河干涸，削弱亚洲季风，并使从阿根廷到美国中西部的田地干旱。

目前为止，提出此类警告的数据碎片化且往往被边缘化，常见于次要科学期刊。但是，在最近几周由联合国和挪威政府共同举办的两场森林论坛上，越来越多的报告凸显了这份担忧。

在挪威的森林论坛上，美国智库森林气候分析（Forest Climate Analytics，FCA）的Michael Wolosin和世界资源研究所（World Resources Institute，WRI）的Nancy Harris发表了一份研究报告，结论是“热带森林的损失对气候的影响比人们普遍理解的要大。”他们警告说，在世界三大热带森林区——非洲的刚果盆地、东南亚，特别是亚马逊地区，大规模的森林砍伐都会破坏水循环，足以对美国、印度和中国部分地区的农业构成实质性风险。

在联合国会议的背景文件中，来自瑞典农业科学大学乌普萨拉分校（Swedish University of Agricultural Sciences in Uppsala）的David Ellison报告了一份评估“森林覆盖对广阔陆地表面水资源可用性的潜在影响”的精细报告。

众所周知，森林砍伐导致了森林从大气中吸收的二氧化碳量降低，使得全球变暖的碳排放增加了大约10%。但是，这两份研究报告的作者们说，关于森林砍伐对全球影响的这种理解往往掩盖了其他可能在局部和区域层面上强烈显现的“非碳”气候影响的发现。

森林砍伐对降雨的影响是最重要的非碳效应之一，但还有其他的影响。例如，英国利兹大学（Leeds University）的Dominick Spracklen说，健康的森林会释放一系列的挥发性有机化合物，通过阻挡进入的太阳能，对气候起到整体的降温作用。他和一个国际团队在早些时候发表的一项研究得出结论，砍伐森林会消除这种降温效果，并增加气候变暖。

同时，失去的森林通常被农业所取代，而农业本身会产生排放。Wolosin和Harris总结说，考虑到这些影响，自1850年以来，森林砍伐对全球气候变暖的实际贡献高达40%。康奈尔大学（Cornell University）的Natalie Mahowald计算得出，按照这个速度，即使我们明天停止化石燃料排放，热带森林的砍伐到2100年也可能会使全球气温升高1.5摄氏度（2.7华氏度）。

图2 在印度尼西亚的苏门答腊岛，该岛是世界上森林砍伐率最严重的地区之一
来源：AULIA ERLANGGA - CIFOR

除了全球气候的影响，森林砍伐也存在局部影响。森林通过保持局部环境的凉爽来调节局部气候。它们通过为土地提供遮荫，同时从树叶释放水分来实现，这个过程被称为蒸腾作用，它需要能量，这些能量从周围空气中提取，从而使空气冷却。一棵树每天可以蒸发出数百升的水。Ellison计算得出，每百升水相当于两台家用空调一天的冷却效果。

对热带地区迅速砍伐森林地区的监测显示了失去这种树栖空调（arboreal air conditioning）的影响。以印度尼西亚的苏门答腊岛为例，该岛因种植棕榈油而失去森林的速度几乎比地球上其他地方都快。一项研究发现，自2000年以来，那里的地表温度平均上升了1.05摄氏度（1.8华氏度），而在有森林的地方则上升了0.45度。德国哥廷根大学（University of Gottingen）的Clifton Sabajo发现，在苏门答腊的部分地区，森林和空地之间的温度差异高达10摄氏度（18华氏度）。

与此同时，在亚马逊，伍兹霍尔研究中心（Woods Hole Research Center）的Michael Coe最近报告说，亚马逊雨林保护区和周围农田和牧场之有3摄氏度（5.4华氏度）的温差。

气温升高只是一个开始，还有干旱问题——不仅在森林地区及周围地区存在，而且在远处也存在。一系列新的研究迫使科研人员重新评估降雨发生在特定地点的原因。

人们习惯于认为降雨是海水蒸发的结果。在沿海地区，这确实是主要的情况。但事实证明，内陆地区的大部分降水来自于水分经过几次降水级联后被再次蒸发回空气中。越靠近内陆，这种循环模式就越占主导。

其中一部分循环是通过湖泊、河流或湿润土壤的蒸发直接进行的。但大部分循环是由植物——尤其是树木——快速推动的。树根从土壤深处吸取水分。这个循环系统由树叶通过蒸腾将水分释放到空气中驱动。

据估计，地球上的陆地植被每天循环回收48立方英里的水。其中十分之一来自亚马逊雨林，这比亚马逊河的日流量还要多。

图3 树木从地面抽水，通过叶子释放水蒸气，产生了大气中的水流。
来源：WORLD RESOURCES INSTITUTE

蒸腾作用对于产生新的下风降雨至关重要。而这个过程的核心在于幸存下来的热带雨林，那里的蒸腾作用最为强烈。

挪威生命科技大学（Norwegian University of Life Sciences）的Doug Sheil表示：“传统上，人们认为刚果和亚马逊等地区的降雨量高是因为它们位于高降水的地区。但事实上，正是森林导致了降雨，如果没有它们，这些内陆地区将变成沙漠。”

在对森林砍伐下风向的热带地区进行的一项研究中，Spracklen发现，“过去几天，经过广袤植被的空气所产生的降雨至少是经过少量植被的空气的两倍。”他预测，到2050年，森林破坏将会使亚马逊流域的旱季降雨减少21%。

荷兰瓦格宁根大学（Wageningen University）的Arie Staal报告称，亚马逊盆地约三分之一的降雨来自盆地内部产生的水分，主要是通过蒸腾的树木释放的。这种依赖程度在盆地西部，离大西洋更远的下风区最为明显。随着五分之一的亚马逊雨林消失，这些地区的干旱风险正在增加。Coe在巴西与玻利维亚接壤的亚马逊省朗多尼亚州（Rondônia）报告称，该地降雨减少，旱季变得更长。

哥伦比亚大学（Columbia University）的Daniel Ruiz表示，哥伦比亚安第斯山脉（Andes）的降雨正在变得更加季节性，湿度减少，云量减少。一些研究人员认为，这种干旱可能会向南延伸至阿根廷，并向北穿过加勒比海到达北美。亚马逊河被认为可以提供远至中西部的水分，而中西部50%的降雨来自土地上蒸发的水。

将降雨变化归因于土地利用的改变是困难的。但越来越多的研究表明，森林破坏的影响越来越明显。在婆罗洲（Borneo），对九个流域的分析发现，森林破坏最严重的流域降雨减少约15%。在印度，印度理工学院孟买分校（Indian Institute of Technology in Mumbai）的Supantha Paul发现，印度季风期间降雨的减少与森林覆盖的变化相吻合。

瑞典斯德哥尔摩复原力中心（Stockholm Resilience Center）的Patrick Keys表示，森林破坏的下风效应不仅限于热带地区。“中国接收了其降雨量中很大一部分来自陆地蒸发的水分。”他告诉耶鲁环境360（Yale Environment 360）。“在上风地区的土地利用变化驱动下，降雨变化的潜力非常高，甚至可以影响到远在东欧和东南亚丛林地区。”

这对农民和城市居民都很重要。在对全球29个超大城市的研究中，Keys发现有19个城市依赖于陆地蒸发和蒸腾作用。他特别指出巴基斯坦的卡拉奇和中国的上海、武汉和重庆最为脆弱。其他城市如印度的德里和加尔各答、土耳其的伊斯坦布尔和俄罗斯的莫斯科也面临类似情况。

图4 巴西亚马逊州-内布利纳峰国家公园（Neblina National Park）的森林薄雾
来源：PETER VAN DER SLEEN - UNIVERSITY OF LEEDS

在美洲地区，Keys警告巴西的里约热内卢和圣保罗以及阿根廷的布宜诺斯艾利斯（Buenos Aires）也可能面临风险，因为它们的大部分降雨来自马托格罗索（Mato Grosso）地区，该地区的森林和草原正在迅速被玉米和大豆田取代。那么非洲呢？非洲是世界上最依赖于雨水农业的地区。在非洲，干旱可能意味着死亡。但Keys估计，撒哈拉以南非洲高达40％的降雨是由植被循环的水分形成的。国际林业研究中心（Center for International Forestry Research，CIFOR）的Louis Verchot称，在干旱的撒哈拉以南地区，这个比例可能达到90％。

Ellison表示，最近的研究强调了森林破坏对尼罗河的威胁，尼罗河是世界上最长的河流，有3亿人依赖于它。尼罗河的大部分水流起源于埃塞俄比亚高原，这是河流集水区的一个多雨地区。但最近的研究表明，埃塞俄比亚高原的大部分降雨来源于西非的森林，特别是非洲中心的刚果盆地的丛林。这些雨林可能为埃塞俄比亚高原的总年降雨量提供30％至40％。

出现了两个问题。正如Ellison的同事、德国吉森大学（Justus-Liebig University, Giessen in Germany）的研究员Solomon Gebrehiwot所言，西非的森林砍伐是否对20世纪最后四分之一的埃塞俄比亚尼罗河流量减少负有责任？而未来刚果丛林的消失会不会进一步掏空河流？Sheil说，Gebrehiwot的数据表明，尼罗河流量再减少25%是一个现实的估计。

Keys和Ellison都认为气候科学家和外交官都迫切需要开始解决这些问题，以便能够确定压力点并采取政策来保护关键地方的降水。他们指出，我们有管理大多数跨越国际边界的河流流量的条约。但大气中的水分河流却很少被测量，也从未被治理。

埃及和埃塞俄比亚多年来一直在努力达成一项关于管理尼罗河水流量的协议。但是，如果因为遥远的刚果盆地的森林砍伐而导致埃塞俄比亚高原的降雨减弱，那么在共享水资源方面达成的协议就毫无意义。

Keys说，“在当前人类主导的人类时代中，水分循环等过程可以而且应该得到治理。”

参考文献：

Rivers in the sky: How deforestation is affecting global water cycles. Yale E360. https://e360.yale.edu/features/how-deforestation-affecting-global-water-cycles-climate-change

编译：王家欣

审核：Victoria

编辑：Tommy