影響全球氣候變暖的重要因素，除了目前廣受關(guān)注的人為活動和工業(yè)生產(chǎn),，還有另一個極易讓人忽略的因素,，那便是野火（wildfires）,。近日,，清華大學(xué)深圳國際研究生院鄭博助理教授團隊攜手清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系張強教授團隊以及十余名海內(nèi)外科研合作者，向世界揭示了這一“隱形殺手”的神秘面紗,。研究成果發(fā)表在《科學(xué)》（Science）期刊上,，并被遴選為當期亮點研究。
大自然中的“定時炸彈”
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20億公噸/2萬億千克碳）,。野火過后，植被重新生長,，可以將其燃燒過程中釋放的碳完全或部分吸收,，形成循環(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于人為源碳排放的20%,。其中森林火災(zāi)尤為重要?！闭撐墓餐髡?、清華大學(xué)碳中和研究院院長、深圳國際研究生院環(huán)境與生態(tài)研究院院長賀克斌院士說,。如果野火侵入了泥炭地,、森林等富含碳、具有較強碳匯功能的生態(tài)系統(tǒng),，不僅直接產(chǎn)生大量的碳排放,，導(dǎo)致泥炭地大火、毀林,、森林退化等嚴重自然災(zāi)害,，使野火燃燒過程釋放的碳難以被完全吸收，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,。極端野火不僅會破壞生態(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中，北極的變暖速率是相對最快的,，是全球其他區(qū)域的兩倍以上,。氣候的變暖，使植被茂盛生長，這也就相當于為自然儲存了更多“燃料”,。另一方面,，氣候變暖會加劇北方地區(qū)的干旱程度，土壤中的水分進一步減少,，高溫?zé)崂说纫幌盗袉栴}將自然界中儲存的“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)險增加。同時,，釋放的二氧化碳將進一步推動全球變暖,，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)險因素也將會進一步增多,。
由果追因全方位實時量化追蹤
為準確,、及時地追蹤全球野火排放，鄭博團隊創(chuàng)新性地提出一種監(jiān)測方法——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)野火燃燒效率的時空動態(tài)變化,，實現(xiàn)了對野火二氧化碳排放的高精度動態(tài)監(jiān)測。
基于大氣反演得到的北方野火排放年際和季節(jié)變化及與赤道地區(qū)野火排放的比較
鄭博表示,，之所以要基于一氧化碳而非二氧化碳進行監(jiān)測,，是因為一氧化碳更具大氣活性，在大氣中的“壽命”相較于二氧化碳要短得多,，因此大氣背景濃度相對較低,，野火排放煙羽能夠更為清晰被衛(wèi)星觀測到。鄭博表示,，燃燒會同時釋放一氧化碳和二氧化碳,，團隊可以通過捕捉觀測燃燒后一氧化碳的排放量，由“果”推“因”反演野火燃燒效率水平,，間接評估二氧化碳的排放量,。“這一方法是對當前全球火災(zāi)排放清單數(shù)據(jù)的重要補充校驗,?！睆垙姳硎荆Ｍ@一套新的方法能作為傳統(tǒng)碳監(jiān)測方法的補充,，更好地進行二氧化碳排放的定量,。
在這一新方法的基礎(chǔ)上，團隊進一步自主研制了全球野火碳排放近實時量化追蹤系統(tǒng),，減少野火碳排放監(jiān)測的滯后性,。“比如說,，我們2022年初開展這項研究,，當時尚未掌握2021全年的全球野火碳排放數(shù)據(jù),。如果沒有一個動態(tài)的、實時更新的碳監(jiān)測與反演系統(tǒng),，很難快速基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展野火排放監(jiān)測研究,。”基于此,，團隊研發(fā)了這一近實時量化追蹤系統(tǒng),，反演量化了2000年至2021年野火二氧化碳排放的時空格局，系統(tǒng)解析了北半球中高緯地區(qū)野火（以下簡稱“北方野火”）2021年創(chuàng)歷史新高排放背后的驅(qū)動因素,，揭示了氣候變暖-野火排放之間的正反饋機制與潛在未來風(fēng)險,。
中高緯度地帶受野火的影響程度“暴漲”
鄭博團隊發(fā)現(xiàn),，自2000年以來,，北方野火二氧化碳排放呈現(xiàn)上升態(tài)勢，在2021年突破了世紀新高,，高達17.6億噸——這相當于2021年全球野火碳排放總量的23%,，比20年前高出一倍多。
相對于2000-2020年均值,，2021年北緯50°以北區(qū)域大氣中CO柱濃度,、野火CO2排放及氣象參數(shù)距平
鄭博表示，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,，研究發(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卻呈現(xiàn)出了下降趨勢，而在以往較少發(fā)生的高緯度寒帶森林,，卻發(fā)現(xiàn)了野火活動開始“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,，而近年來這一增長趨勢卻在北緯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)域僅在2021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空分布格局正在產(chǎn)生劇烈變化,，北方森林碳匯面臨嚴重威脅,。
研究表明，北半球高緯度地區(qū)野火碳排放的增長,，主要發(fā)生在森林覆蓋率較高的地區(qū),。同時,，研究指出，土壤水分虧缺加劇是北方野火燃燒增加的重要驅(qū)動力,，野火向高緯度寒帶森林的擴張與土壤水分虧缺程度的加劇密切相關(guān),。
北美及歐亞大陸北方森林區(qū)域野火CO2排放及與土壤水分虧缺的關(guān)聯(lián)分析
在北極加速變暖的趨勢下，未來北半球高緯度地區(qū)的高溫?zé)崂撕透珊悼赡軙宇l繁地發(fā)生,。團隊表示,，北極變暖趨勢增加了森林生物量并加劇了土壤水分虧缺程度，伴隨著蒸散發(fā)增強,、空氣濕度增大與北極地區(qū)雷暴增多,，極端野火發(fā)生的風(fēng)險也在不斷上升。因此,，通過及時準確追蹤量化全球野火排放的時空變化特征,，進一步增強各國家和地區(qū)應(yīng)對氣候變化能力、及時制定和落實相關(guān)政策具有重要的意義,。
環(huán)環(huán)相扣六年“修煉記”
鄭博團隊經(jīng)過六年的沉淀和積累,，逐步研發(fā)基于衛(wèi)星遙感的全球野火排放監(jiān)測與反演技術(shù)方法，并不斷改進和提升數(shù)據(jù)精度與準確性,。2017年,，鄭博團隊開展了非洲地區(qū)的野火排放研究，開啟了團隊關(guān)于區(qū)域性野火及其帶來的氣候變化問題研究的大門,，也是有關(guān)野火研究發(fā)表的第一篇論文,。2019年，研究進一步擴展到了全球范圍,，發(fā)表了第二篇論文并在文中分析了全球野火排放的時空格局變化,。而在這項研究過程中，鄭博團隊發(fā)現(xiàn)了一個不尋常的現(xiàn)象——雖然近年來全球野火的燃燒面積在大幅下降,，但是燃燒的排放量卻沒有下降,。團隊通過構(gòu)建基于一氧化碳衛(wèi)星遙感反演野火二氧化碳排放的新技術(shù)方法，解析了2000年至2019年全球野火二氧化碳排放時空變化趨勢及驅(qū)動力,，結(jié)合燃燒面積,、土地利用、植被覆蓋變化等多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),，揭示出了這一問題的根源,，并于2021年在《科學(xué)·進展》（Science Advances）期刊發(fā)表了有關(guān)野火排放的第三篇論文。
研究表明,，全球野火燃燒面積的大幅下降現(xiàn)象,，主要發(fā)生在以草為主導(dǎo)的陸地植被區(qū)域。然而,，在以樹為主導(dǎo)的陸地植被區(qū)域內(nèi),，燃燒面積有增加趨勢,。雖然，由樹主導(dǎo)的陸地植被區(qū)域僅占全球野火燃燒面積的5%,，卻“貢獻”了野火二氧化碳排放的近20%,，樹在單位燃燒面積上的生物量和含碳量顯然更高。
這一研究進展,，成為了團隊后來成功揭示北半球中高緯地區(qū)野火碳排放變化及驅(qū)動力的開端和“密鑰”,，啟發(fā)了第四篇論文研究。
做更多有世界影響力的研究
《科學(xué)》（Science）期刊在3月2日舉行的美國科學(xué)促進會年會上舉辦了專題新聞發(fā)布會,，邀請包括鄭博在內(nèi)的四名論文作者出席,，向全球百余名新聞媒體記者介紹該項研究成果的科學(xué)意義和價值。
團隊表示,，未來應(yīng)當加大對北方森林野火發(fā)生風(fēng)險及生態(tài)環(huán)境影響的關(guān)注,，制定科學(xué)有效的野火管理與調(diào)控政策。
鄭博從本科到博士就讀于清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,，博士期間師從賀克斌院士,，賀克斌院士課題組長期聚焦大氣成分變化及其環(huán)境氣候效應(yīng)問題的研究。鄭博說：“野火是全球廣泛關(guān)注的環(huán)境問題,，我希望從這里入手，進一步拓寬自己的全球視野,，聚焦全球領(lǐng)域的環(huán)境研究,。”接下來,，鄭博和團隊將會繼續(xù)聚焦基于衛(wèi)星遙感的全球碳循環(huán)監(jiān)測評估,，逐漸向更具綜合性、系統(tǒng)性,、動態(tài)化的方向深入發(fā)展,。
關(guān)注氣候變化、推動綠色發(fā)展,、促進人與自然和諧共生,，是當今世界廣泛關(guān)注的議題，也是全球共同的使命和愿景,。鄭博團隊的這項發(fā)現(xiàn)揭示了導(dǎo)致全球氣候變暖的因素中,，不僅僅“在人”，而也會“由天”,，啟發(fā)了人們在當前“碳中和目標的實現(xiàn)與氣候政策的制定過程中,，應(yīng)對森林野火現(xiàn)象予以更多重視。這場新時代的藍天“保衛(wèi)戰(zhàn)”,，任何一個細節(jié)都值得探索,，任何一個角落都不容忽視,。
