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【科技前沿】

3月23日，是第63個(gè)“世界氣象日”。目前“低碳”“雙碳”已成為全球可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)在要求。但你知道嗎，影響全球氣候變暖的重要因素，除了廣受關(guān)注的人為活動(dòng)和工業(yè)生產(chǎn)，還有另一個(gè)極易讓人忽略的因素——野火。

(資料圖片)

近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院鄭博團(tuán)隊(duì)攜手清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系張強(qiáng)團(tuán)隊(duì)以及十余名海內(nèi)外科研合作者，向世界揭示了這一氣候“隱形殺手”的神秘面紗。研究發(fā)現(xiàn)，全球變暖背景下土壤水分虧缺加劇，北半球中高緯地區(qū)（北緯50°以北）極端干旱事件顯著增加，使得該區(qū)域逐漸成為全球野火活動(dòng)及碳排放的熱點(diǎn)地區(qū)。2021年北方森林野火二氧化碳排放創(chuàng)歷史新高，占當(dāng)年全球野火碳排放量的23%，而20年前這一比例通常僅為10%左右。

上述研究成果于近日發(fā)表在《科學(xué)》期刊上，并被遴選為當(dāng)期的亮點(diǎn)研究。“它作為一個(gè)生動(dòng)的案例，提醒人們注意高北緯地區(qū)不斷變化的環(huán)境，以及氣候-碳循環(huán)正反饋在破壞該地區(qū)碳儲(chǔ)存穩(wěn)定方面可能發(fā)揮的巨大作用。”該刊一位國(guó)際審稿人說(shuō)。

野火，即自然條件下發(fā)生的森林、草原火災(zāi)，是全球碳循環(huán)的重要組成部分，每年向大氣中排放約2GtC（即2萬(wàn)億千克碳）。野火過(guò)后，植被重新生長(zhǎng)，可以將其燃燒過(guò)程中釋放的碳完全和部分吸收，形成碳循環(huán)。

“野火碳排放是全球碳循環(huán)的重要組成部分，每年全球野火碳排放約相當(dāng)于人為源碳排放的20%。其中森林火災(zāi)在野火碳排放中尤為重要。”論文共同作者、清華大學(xué)碳中和研究院院長(zhǎng)、深圳國(guó)際研究生院環(huán)境與生態(tài)研究院院長(zhǎng)賀克斌院士介紹，如果野火侵入了泥炭地、森林等富含碳、具有較強(qiáng)碳匯功能的生態(tài)系統(tǒng)，不僅直接產(chǎn)生大量的碳排放，還會(huì)導(dǎo)致泥炭地大火、毀林、森林退化等嚴(yán)重自然災(zāi)害，甚至?xí)璧K生態(tài)系統(tǒng)的迅速恢復(fù)與重建，削弱陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力，使野火燃燒過(guò)程釋放的碳難以被完全吸收。極端野火不僅會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性，還向大氣中釋放大量有害污染物和溫室氣體，將對(duì)全球氣候與人類健康產(chǎn)生不利影響。

在全球氣候變暖的趨勢(shì)中，植被茂盛生長(zhǎng)，相當(dāng)于為自然儲(chǔ)存了更多“燃料”。與此同時(shí)，氣候變暖會(huì)加劇北方地區(qū)的干旱程度，土壤中的水分進(jìn)一步減少，高溫?zé)崂说纫幌盗袉?wèn)題將自然界中儲(chǔ)存的“燃料”變得異常干燥，導(dǎo)致北半球中高緯地區(qū)的野火發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加。同時(shí)，釋放的二氧化碳則將進(jìn)一步推動(dòng)全球變暖，二者從而形成氣候變暖-野火排放之間的正反饋，相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素也將會(huì)進(jìn)一步增多。

“隨著氣候變暖的進(jìn)一步加劇，這顆‘碳炸彈’不知道什么時(shí)候可能會(huì)爆炸，它的嚴(yán)峻程度不可小覷。”研究團(tuán)隊(duì)表示。

正是由于野火的極大破壞力，加之近幾年來(lái)美國(guó)、澳大利亞以及歐洲等國(guó)家和地區(qū)的極端森林野火現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，如今，野火已然成為全球氣候變化及相關(guān)環(huán)境影響研究的重要議題之一。

鄭博介紹，目前有關(guān)野火排放定量研究主要通過(guò)衛(wèi)星觀察野火燃燒面積或輻射功率，結(jié)合生物量、排放因子等參數(shù)計(jì)算碳的釋放量：“但這套方法的局限性在于，有時(shí)可能無(wú)法精確監(jiān)測(cè)到面積過(guò)小的火點(diǎn)或者悶燃等現(xiàn)象，以及生物量、排放因子等數(shù)據(jù)均存在不確定性。”

如何準(zhǔn)確、及時(shí)地追蹤全球野火排放？

鄭博團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出一種監(jiān)測(cè)方法——利用一氧化碳衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)反演全球野火二氧化碳排放，基于一氧化碳排放反演數(shù)據(jù)重構(gòu)野火燃燒效率的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)野火燃燒狀態(tài)與二氧化碳排放的高精度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在這一新方法的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步自主研制了全球野火碳排放近實(shí)時(shí)量化追蹤系統(tǒng)，減少野火碳排放監(jiān)測(cè)的滯后性并提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

利用這種全新的監(jiān)測(cè)方法，研究人員發(fā)現(xiàn)，原本受火災(zāi)干擾較少的地帶受野火的影響程度卻在“暴漲”。自2000年以來(lái)，北方野火二氧化碳排放呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，甚至在2021年創(chuàng)造了世紀(jì)新高，高達(dá)17.6億噸——這相當(dāng)于2021年全球野火碳排放總量的23%，比20年前高出一倍還多。

鄭博表示，因?yàn)閾碛胸S富的熱帶雨林和生物多樣性，以往有關(guān)森林野火的研究多側(cè)重于赤道地區(qū)，比如亞馬遜、非洲等地。然而，上述研究卻發(fā)現(xiàn)，以往受到廣泛關(guān)注的赤道地區(qū)，其野火燃燒及碳排放量呈現(xiàn)出了下降趨勢(shì)，年際振幅小于北方野火2021年排放異常高值，2021年排放量與多年平均水平相當(dāng)。而在以往較少發(fā)生火災(zāi)的高緯度寒帶森林，研究團(tuán)隊(duì)卻發(fā)現(xiàn)了野火活動(dòng)開(kāi)始“入侵”的明顯跡象。

“以往北方野火碳排放主要集中于北緯50°到60°之間，而近年來(lái)野火排放增長(zhǎng)趨勢(shì)卻在北緯60°到70°的高緯地帶更為迅猛。”鄭博表示，相較于2000年至2020年這20年間的平均值，該區(qū)域僅2021年這一年的野火碳排放就增加了300%以上。北方野火碳排放的時(shí)空分布格局正在產(chǎn)生劇烈變化，北方森林碳匯面臨嚴(yán)重威脅。

為什么以往受火災(zāi)干擾較少的中高緯度地帶，受野火的影響卻增加了？

研究表明，北半球高緯度地區(qū)野火碳排放的增長(zhǎng)，主要發(fā)生在森林覆蓋率較高的地區(qū)。北方寒帶森林土壤中富含有機(jī)碳，當(dāng)野火發(fā)生時(shí)，地上的植被和有機(jī)土壤同時(shí)燃燒，碳釋放量巨大。研究還指出，土壤水分虧缺加劇是北方野火燃燒增加的重要驅(qū)動(dòng)力，野火向高緯度寒帶森林的擴(kuò)張與土壤水分虧缺程度的加劇密切相關(guān)，2021年的極端干旱與熱浪共同助推了這一年的野火燃燒與碳排放打破歷史紀(jì)錄。而在北極加速變暖的趨勢(shì)下，未來(lái)北半球高緯度地區(qū)的高溫?zé)崂撕透珊悼赡軙?huì)更加頻繁地發(fā)生。野火發(fā)生的頻率和強(qiáng)度在未來(lái)可能持續(xù)增加，釋放的二氧化碳則又將進(jìn)一步推動(dòng)全球變暖，由此形成氣候變暖-野火排放之間的正反饋。

“這項(xiàng)研究給社會(huì)提前敲響警鐘，倡議世界各國(guó)積極采取措施進(jìn)行野火風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和評(píng)估，盡早采取政策干預(yù)。”研究團(tuán)隊(duì)建議，未來(lái)應(yīng)當(dāng)加大對(duì)北方森林野火發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)及生態(tài)環(huán)境影響的關(guān)注，建立野火排放動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與生態(tài)環(huán)境影響評(píng)估系統(tǒng)，預(yù)報(bào)野火發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)警野火污染危害、監(jiān)測(cè)野火排放通量、評(píng)估火后生態(tài)恢復(fù)與重建，為制定科學(xué)有效的野火管理與調(diào)控政策提供支撐。

（本報(bào)記者 鄧暉 本報(bào)通訊員 葉思佳）