野火可能让北方森林成为“碳定时炸弹”-清华大学

近日，在美国科学促进会年会上，一场专题新闻发布会吸引了广大研究人员的眼球。清华大学深圳国际研究生院青年科学家郑博和论文合著者向全球百余名媒体记者介绍了一项“野火研究”。

这项由清华大学主导的国际合作研究发现，2021年北方森林野火二氧化碳排放创历史新高，占当年全球野火碳排放的23%。而20年前这一比例仅为10%左右。相关研究近日发表于《科学》。

据介绍，北方森林是指北半球中高纬地区（北纬50°以北）的森林，主要包括俄罗斯西伯利亚和加拿大北部的亚寒带针叶林，其中西伯利亚森林南部会延伸到我国大兴安岭。

“伴随着气候变化，野火活动正在侵入更高纬度的寒带森林，北方森林碳汇面临严重威胁。”论文第一兼共同通讯作者郑博在接受《中国科学报》采访时说。

过去6年，郑博与合作者建立了基于卫星遥感的全球野火排放监测与反演技术平台。新研究正是基于这一科研平台得到的国际合作成果，来自美国、法国、德国等国的10余名科学家也参与了研究。

极端野火隐藏“碳定时炸弹”

去年年初，在通过卫星遥感数据分析全球大气成分时，郑博注意到2021年夏季北半球中高纬度大气一氧化碳的浓度异常高。以往的经验让他很快意识到，这可能与该时段北方森林极端野火增加有关。

“二氧化碳会在大气中停留数百年，因此很难通过环境中的二氧化碳浓度监测评估某一种排放源，如野火的排放情况。但一氧化碳在大气中的寿命要短得多，可以作为森林野火碳排放量的一个示踪物。”郑博解释。

基于该原理，2017年以来，他与合作者建立了利用一氧化碳卫星遥感数据反演全球野火二氧化碳排放的新方法，通过反演一氧化碳排放重构野火燃烧效率的时空动态变化，可以对野火二氧化碳排放进行高精度动态监测。他们在此基础上自主研制了全球野火碳排放近实时量化追踪系统。

在这项新研究中，他们利用对流层污染测量仪（MOPITT）的数据，对2000年至2021年野火碳排放的时空格局进行了大气反演量化，发现北方森林火灾的二氧化碳排放量在2000年占全球火灾二氧化碳排放量的10%，2021年占比则达23%，创纪录地达到了17.6亿吨。

研究发现，北方森林野火不仅在碳排放上呈上升态势，还在侵入以往较少发生野火的高纬度寒带森林。近年来，北纬60°到70°的高纬地带的野火碳排放增长速率明显加快。在2021年这一极端年份，北方森林野火碳排放相比2000年至2020年的平均值增加了300%以上，而在北纬50°附近的野火排放只增加了70%。

“以往，全球森林野火研究更多聚焦赤道地区。我们的研究表明，北方森林野火值得更多关注。虽然它所占面积不大，但形势严峻。”郑博说。

“近来的野火碳排放增加让我担心随着时间的流逝，北方森林可能会成为一颗‘碳定时炸弹’。”论文共同作者、美国加州大学尔湾分校教授Steven Davis说。

“助燃”风险日益增加

北方森林野火缘何趋高？研究者认为，这与气温上升带来的严重热浪、干旱、森林生物量增长、土壤水分严重亏缺、北极地区雷暴增多等因素密切相关。随着全球进一步变暖，引发点火的条件和助燃的风险因素会越来越多。

以2021年夏季为例，研究发现北方森林火灾仅7至8月释放的碳排放量就与日本全年人为活动的碳排放量相当。与此相吻合的是，俄罗斯西伯利亚及加拿大北部森林同时出现严重土壤水分亏缺，7至8月累计水分亏缺量在大范围区域均超过20毫米，为2000年以来第一次出现；两个区域同期的气温、热浪指数以及降水和土壤湿度均处于20年以来的极值水平。

“这些都揭示了气候变暖与野火碳排放之间的正反馈机制以及未来的潜在风险。”论文共同通讯作者、清华大学地球系统科学系教授张强对《中国科学报》说。

他表示，近30年来，北极地区的变暖速度是全球平均速度的2倍以上。在这种“北极放大效应”下，未来北半球高纬度地区的高温热浪和干旱可能会更频繁，类似2021年极端野火发生的频率和强度可能持续增加。

近几年，美国、澳大利亚以及欧洲国家的极端森林野火导致的生命财产损失被频频报道。我国近年来虽未发生过极端森林火灾，但森林野火仍有发生。

那么，全球野火发生态势究竟如何？在既往研究中，郑博和合作者发现，尽管全球野火面积一直在下降，但碳排放量并没有下降。

究其原因，一方面是因为发生火灾的植被类型变了，草原火灾因为人口增加和农业用地扩张在减少，森林火灾却因为气候变化在增加。另一方面，极端森林火灾发生的频率在快速增加，这导致树木和土壤沉积物中大量的碳被释放，同时对植被碳汇造成不利影响。

做有世界影响力的研究

郑博从本科到博士一直就读于清华大学环境学院，博士期间师从该校环境学院教授贺克斌，长期聚焦气候变化与空气污染问题的研究，特别是人为活动释放的二氧化碳定量与减排政策。2017年，在法国气候与环境科学实验室做博士后期间，他逐渐把更多注意力放在野火研究上。

在他看来，欧美发达国家的科学家在气候变化领域长期掌握学术话语权，中国学者也应聚焦一些重要的全球性问题，贡献智慧，进而参与全球治理，而森林野火是一个重要的全球性科学议题。

《科学》杂志的审稿人认为，他们建立的大气一氧化碳卫星观测反演模型，“补充验证了基于燃烧面积与火点遥感数据的自下而上排放核算方法”。这将有助于开发一个更综合的系统，能够监测和评估全球和区域火灾碳预算、火灾后土地使用通量以及火灾排放对大气二氧化碳的净影响。

“野火碳排放是全球碳循环的重要组成部分，每年全球野火碳排放量相当于人为源碳排放量的20%。其中，以森林火灾尤为重要，它不仅直接产生大量碳排放，还会干扰森林的碳汇能力，促进全球变暖。”论文共同作者贺克斌对《中国科学报》说。

他指出，随着碳中和政策的实施，人为源排放在可预见的未来将得到有效控制并迅速进入下降区间，但由于全球持续升温，森林火灾仍将大量发生，这在目前的管理体系下需要予以更多关注。