影响全球气候变暖的重要因素，除了目前广受关注的人为活动和工业生产，还有另一个极易让人忽略的因素，那便是野火（wildfires）。近日，清华大学深圳国际研究生院郑博助理教授团队携手清华大学地球系统科学系张强教授团队以及十余名海内外科研合作者，向世界揭示了这一“隐形杀手”的神秘面纱。研究成果发表在《科学》（Science）期刊上，并被遴选为当期亮点研究。
大自然中的“定时炸弹”
野火，即自然条件下发生的森林、草原火灾，是全球碳循环的重要组成部分，每年向大气中排放约2GtC（即20亿公吨/2万亿千克碳）。野火过后，植被重新生长，可以将其燃烧过程中释放的碳完全或部分吸收，形成循环。
“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约相当于人为源碳排放的20%。其中森林火灾尤为重要。”论文共同作者、清华大学碳中和研究院院长、深圳国际研究生院环境与生态研究院院长贺克斌院士说。如果野火侵入了泥炭地、森林等富含碳、具有较强碳汇功能的生态系统，不仅直接产生大量的碳排放，导致泥炭地大火、毁林、森林退化等严重自然灾害，使野火燃烧过程释放的碳难以被完全吸收，甚至会阻碍生态系统的迅速恢复与重建，削弱陆地生态系统的碳汇能力。极端野火不仅会破坏生态系统和生物多样性，还向大气中释放大量有害污染物和温室气体，将对全球气候与人类健康产生不利影响。
在全球气候变暖的趋势中，北极的变暖速率是相对最快的，是全球其他区域的两倍以上。气候的变暖，使植被茂盛生长，这也就相当于为自然储存了更多“燃料”。另一方面，气候变暖会加剧北方地区的干旱程度，土壤中的水分进一步减少，高温热浪等一系列问题将自然界中储存的“燃料”变得异常干燥，导致北半球中高纬地区的野火发生风险增加。同时，释放的二氧化碳将进一步推动全球变暖，二者从而形成气候变暖-野火排放之间的正反馈，相关风险因素也将会进一步增多。
由果追因全方位实时量化追踪
为准确、及时地追踪全球野火排放，郑博团队创新性地提出一种监测方法——利用一氧化碳卫星遥感数据反演全球野火二氧化碳排放，基于一氧化碳排放反演数据重构野火燃烧效率的时空动态变化，实现了对野火二氧化碳排放的高精度动态监测。
基于大气反演得到的北方野火排放年际和季节变化及与赤道地区野火排放的比较
郑博表示，之所以要基于一氧化碳而非二氧化碳进行监测，是因为一氧化碳更具大气活性，在大气中的“寿命”相较于二氧化碳要短得多，因此大气背景浓度相对较低，野火排放烟羽能够更为清晰被卫星观测到。郑博表示，燃烧会同时释放一氧化碳和二氧化碳，团队可以通过捕捉观测燃烧后一氧化碳的排放量，由“果”推“因”反演野火燃烧效率水平，间接评估二氧化碳的排放量。“这一方法是对当前全球火灾排放清单数据的重要补充校验。”张强表示，希望这一套新的方法能作为传统碳监测方法的补充，更好地进行二氧化碳排放的定量。
在这一新方法的基础上，团队进一步自主研制了全球野火碳排放近实时量化追踪系统，减少野火碳排放监测的滞后性。“比如说，我们2022年初开展这项研究，当时尚未掌握2021全年的全球野火碳排放数据。如果没有一个动态的、实时更新的碳监测与反演系统，很难快速基于卫星数据开展野火排放监测研究。”基于此，团队研发了这一近实时量化追踪系统，反演量化了2000年至2021年野火二氧化碳排放的时空格局，系统解析了北半球中高纬地区野火（以下简称“北方野火”）2021年创历史新高排放背后的驱动因素，揭示了气候变暖-野火排放之间的正反馈机制与潜在未来风险。
中高纬度地带受野火的影响程度“暴涨”
郑博团队发现，自2000年以来，北方野火二氧化碳排放呈现上升态势，在2021年突破了世纪新高，高达17.6亿吨——这相当于2021年全球野火碳排放总量的23%，比20年前高出一倍多。
相对于2000-2020年均值，2021年北纬50°以北区域大气中CO柱浓度、野火CO2排放及气象参数距平
郑博表示，以往有关森林野火的研究多侧重于赤道地区，比如亚马逊、非洲等地。然而，研究发现以往受到广泛关注的赤道地区，其野火燃烧及碳排放量却呈现出了下降趋势，而在以往较少发生的高纬度寒带森林，却发现了野火活动开始“入侵”的明显迹象。“以往北方野火碳排放主要集中于北纬50°到60°之间，而近年来这一增长趋势却在北纬60°到70°的高纬地带更为迅猛。”郑博表示，相较于2000年至2020年这20年间的平均值，该区域仅在2021这一年的野火碳排放就增加了300%以上。北方野火碳排放的时空分布格局正在产生剧烈变化，北方森林碳汇面临严重威胁。
研究表明，北半球高纬度地区野火碳排放的增长，主要发生在森林覆盖率较高的地区。同时，研究指出，土壤水分亏缺加剧是北方野火燃烧增加的重要驱动力，野火向高纬度寒带森林的扩张与土壤水分亏缺程度的加剧密切相关。
北美及欧亚大陆北方森林区域野火CO2排放及与土壤水分亏缺的关联分析
在北极加速变暖的趋势下，未来北半球高纬度地区的高温热浪和干旱可能会更加频繁地发生。团队表示，北极变暖趋势增加了森林生物量并加剧了土壤水分亏缺程度，伴随着蒸散发增强、空气湿度增大与北极地区雷暴增多，极端野火发生的风险也在不断上升。因此，通过及时准确追踪量化全球野火排放的时空变化特征，进一步增强各国家和地区应对气候变化能力、及时制定和落实相关政策具有重要的意义。
环环相扣六年“修炼记”
郑博团队经过六年的沉淀和积累，逐步研发基于卫星遥感的全球野火排放监测与反演技术方法，并不断改进和提升数据精度与准确性。2017年，郑博团队开展了非洲地区的野火排放研究，开启了团队关于区域性野火及其带来的气候变化问题研究的大门，也是有关野火研究发表的第一篇论文。2019年，研究进一步扩展到了全球范围，发表了第二篇论文并在文中分析了全球野火排放的时空格局变化。而在这项研究过程中，郑博团队发现了一个不寻常的现象——虽然近年来全球野火的燃烧面积在大幅下降，但是燃烧的排放量却没有下降。团队通过构建基于一氧化碳卫星遥感反演野火二氧化碳排放的新技术方法，解析了2000年至2019年全球野火二氧化碳排放时空变化趋势及驱动力，结合燃烧面积、土地利用、植被覆盖变化等多源卫星遥感数据，揭示出了这一问题的根源，并于2021年在《科学·进展》（Science Advances）期刊发表了有关野火排放的第三篇论文。
研究表明，全球野火燃烧面积的大幅下降现象，主要发生在以草为主导的陆地植被区域。然而，在以树为主导的陆地植被区域内，燃烧面积有增加趋势。虽然，由树主导的陆地植被区域仅占全球野火燃烧面积的5%，却“贡献”了野火二氧化碳排放的近20%，树在单位燃烧面积上的生物量和含碳量显然更高。
这一研究进展，成为了团队后来成功揭示北半球中高纬地区野火碳排放变化及驱动力的开端和“密钥”，启发了第四篇论文研究。
做更多有世界影响力的研究
《科学》（Science）期刊在3月2日举行的美国科学促进会年会上举办了专题新闻发布会，邀请包括郑博在内的四名论文作者出席，向全球百余名新闻媒体记者介绍该项研究成果的科学意义和价值。
团队表示，未来应当加大对北方森林野火发生风险及生态环境影响的关注，制定科学有效的野火管理与调控政策。
郑博从本科到博士就读于清华大学环境学院，博士期间师从贺克斌院士，贺克斌院士课题组长期聚焦大气成分变化及其环境气候效应问题的研究。郑博说：“野火是全球广泛关注的环境问题，我希望从这里入手，进一步拓宽自己的全球视野，聚焦全球领域的环境研究。”接下来，郑博和团队将会继续聚焦基于卫星遥感的全球碳循环监测评估，逐渐向更具综合性、系统性、动态化的方向深入发展。
关注气候变化、推动绿色发展、促进人与自然和谐共生，是当今世界广泛关注的议题，也是全球共同的使命和愿景。郑博团队的这项发现揭示了导致全球气候变暖的因素中，不仅仅“在人”，而也会“由天”，启发了人们在当前“碳中和目标的实现与气候政策的制定过程中，应对森林野火现象予以更多重视。这场新时代的蓝天“保卫战”，任何一个细节都值得探索，任何一个角落都不容忽视。
