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(dòng)和工業(yè)生產(chǎn)，還有另一個(gè)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(guó)際研究生院鄭博助理教授團(tuán)隊(duì)攜手清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系張強(qiáng)教授團(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“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(dāng)期亮點(diǎn)研究,。
大自然中的“定時(shí)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(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(dāng)于人為源碳排放的20%。其中森林火災(zāi)尤為重要,?！闭撐墓餐髡摺⑶迦A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)賀克斌院士說(shuō),。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，導(dǎo)致泥炭地大火,、毀林,、森林退化等嚴(yán)重自然災(zāi)害，使野火燃燒過(guò)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(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(lèi)健康產(chǎn)生不利影響。
在全球氣候變暖的趨勢(shì)中,，北極的變暖速率是相對(duì)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(zhǎng),，這也就相當(dāng)于為自然儲(chǔ)存了更多“燃料”。另一方面,，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。
由果追因全方位實(shí)時(shí)量化追蹤
為準(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)野火二氧化碳排放的高精度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),。
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(jìn)行監(jiān)測(cè),，是因?yàn)橐谎趸几叽髿饣钚?，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(duì)較低,，野火排放煙羽能夠更為清晰被衛(wèi)星觀測(cè)到,。鄭博表示，燃燒會(huì)同時(shí)釋放一氧化碳和二氧化碳,，團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)捕捉觀測(cè)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(píng)估二氧化碳的排放量,?！斑@一方法是對(duì)當(dāng)前全球火災(zāi)排放清單數(shù)據(jù)的重要補(bǔ)充校驗(yàn)?！睆垙?qiáng)表示,，希望這一套新的方法能作為傳統(tǒng)碳監(jiān)測(cè)方法的補(bǔ)充，更好地進(jìn)行二氧化碳排放的定量,。
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,?！氨热缯f(shuō)，我們2022年初開(kāi)展這項(xiàng)研究,，當(dāng)時(shí)尚未掌握2021全年的全球野火碳排放數(shù)據(jù),。如果沒(méi)有一個(gè)動(dòng)態(tài)的,、實(shí)時(shí)更新的碳監(jiān)測(cè)與反演系統(tǒng)，很難快速基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)開(kāi)展野火排放監(jiān)測(cè)研究,?！被诖耍瑘F(tuán)隊(duì)研發(fā)了這一近實(shí)時(shí)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(shí)空格局,，系統(tǒng)解析了北半球中高緯地區(qū)野火（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“北方野火”）2021年創(chuàng)歷史新高排放背后的驅(qū)動(dòng)因素，揭示了氣候變暖-野火排放之間的正反饋機(jī)制與潛在未來(lái)風(fēng)險(xiǎn),。
中高緯度地帶受野火的影響程度“暴漲”
鄭博團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),，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),，在2021年突破了世紀(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年前高出一倍多,。
相對(duì)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(shì),，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(dòng)開(kāi)始“入侵”的明顯跡象?！耙酝狈揭盎鹛寂欧胖饕杏诒本?0°到60°之間,，而近年來(lái)這一增長(zhǎng)趨勢(shì)卻在北緯60°到70°的高緯地帶更為迅猛?！编嵅┍硎?，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(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。
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)。同時(shí)，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(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)。
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(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。團(tuán)隊(duì)表示,，北極變暖趨勢(shì)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(qiáng)、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(xiǎn)也在不斷上升,。因此，通過(guò)及時(shí)準(zhǔn)確追蹤量化全球野火排放的時(shí)空變化特征,，進(jìn)一步增強(qiáng)各國(guó)家和地區(qū)應(yīng)對(duì)氣候變化能力,、及時(shí)制定和落實(shí)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(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)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(cè)與反演技術(shù)方法,，并不斷改進(jìn)和提升數(shù)據(jù)精度與準(zhǔn)確性。2017年,，鄭博團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了非洲地區(qū)的野火排放研究,，開(kāi)啟了團(tuán)隊(duì)關(guān)于區(qū)域性野火及其帶來(lái)的氣候變化問(wèn)題研究的大門(mén)，也是有關(guān)野火研究發(fā)表的第一篇論文,。2019年,，研究進(jìn)一步擴(kuò)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(shí)空格局變化,。而在這項(xiàng)研究過(guò)程中,，鄭博團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不尋常的現(xiàn)象——雖然近年來(lái)全球野火的燃燒面積在大幅下降，但是燃燒的排放量卻沒(méi)有下降,。團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(shí)空變化趨勢(shì)及驅(qū)動(dòng)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(wèn)題的根源,，并于2021年在《科學(xué)·進(jìn)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(shù)為主導(dǎo)的陸地植被區(qū)域內(nèi),，燃燒面積有增加趨勢(shì),。雖然,，由樹(shù)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(xiàn)”了野火二氧化碳排放的近20%,，樹(shù)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(jìn)展，成為了團(tuán)隊(duì)后來(lái)成功揭示北半球中高緯地區(qū)野火碳排放變化及驅(qū)動(dòng)力的開(kāi)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(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)年會(huì)上舉辦了專(zhuān)題新聞發(fā)布會(huì)，邀請(qǐng)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(xiàng)研究成果的科學(xué)意義和價(jià)值,。
團(tuán)隊(duì)表示，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,，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(zhǎng)期聚焦大氣成分變化及其環(huán)境氣候效應(yīng)問(wèn)題的研究,。鄭博說(shuō)：“野火是全球廣泛關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題，我希望從這里入手,，進(jìn)一步拓寬自己的全球視野,，聚焦全球領(lǐng)域的環(huán)境研究?！苯酉聛?lái),，鄭博和團(tuán)隊(duì)將會(huì)繼續(xù)聚焦基于衛(wèi)星遙感的全球碳循環(huán)監(jiān)測(cè)評(píng)估，逐漸向更具綜合性,、系統(tǒng)性,、動(dòng)態(tài)化的方向深入發(fā)展。
關(guān)注氣候變化,、推動(dòng)綠色發(fā)展,、促進(jìn)人與自然和諧共生，是當(dāng)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(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)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(huì)“由天”,，啟發(fā)了人們?cè)诋?dāng)前“碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與氣候政策的制定過(guò)程中，應(yīng)對(duì)森林野火現(xiàn)象予以更多重視,。這場(chǎng)新時(shí)代的藍(lán)天“保衛(wèi)戰(zhàn)”,，任何一個(gè)細(xì)節(jié)都值得探索，任何一個(gè)角落都不容忽視。
