科學家發現「被忽視的惡性循環」

    「做少而精的科研，致力於每項工作都有創新。」打開青年科學家嶽超在西北農林科技大學「植被動態與地表過程」研究組的網站，這句佔據網站首頁「C位」的表述中，「少、精、創新」是關鍵詞。

    9月25日，嶽超帶領團隊在國際學術期刊《自然》（Nature）雜誌在線發表最新研究成果，首次從林火規模這一獨特視角，揭示了極端大火對生態系統破壞性、林火碳排放和地表氣候反饋的放大效應，並對可能存在的「氣候變暖-極端大火頻發-氣候變得更暖-更多極端大火」惡性循環提出了警示，該研究為全面和深入認識林火對地球系統和氣候過程的影響開闢了新視角。

    換個「頻道」看問題，他的靈感來源於哪裡？研究過程中有哪些不為人知的故事？火光背後有哪些新的發現？「科研歸根到底還是要靠idea（想法）」是嶽超給出的答案，而他「死磕」10年的研究也確實「很有想法」。

    科學靈感：10年前的疑問

    「林火，在我國被稱為森林火災，但‘森林野火’是一種更加科學和中性的說法。」嶽超告訴記者，這是因為對很多森林生態系統而言，火其實不完全是一種災害，而是生態系統自然過程的一個有機組成部分。

    「所謂‘野火’，主要是強調火發生的場所為空曠的野外，它是和室內用火——比如家庭做飯用火相對應的一個概念」。極端森林大火則是指在較長時期乾旱無雨的條件下，火勢蔓延迅速且難以控制，燃燒時間長（有時甚至可達數月），導致過火面積巨大的森林野火事件。

    全球變暖是人類社會可持續發展所面臨的前所未有的重大挑戰。越來越多的研究表明，全球變暖已經導致更多的森林野火，同時也使得極端林火天氣呈現頻發、廣發、強發的趨勢。

    嶽超在博士時期攻讀的是氣象、海洋與環境物理學學位，從事的第一個研究工作就是在地球系統模式的陸地過程模型中，開發模擬森林野火的計算機模塊。目前，嶽超團隊正在應用該模型評估中國森林碳吸收潛力和火災風險。

    2014年，嶽超完成了博士期間的第二篇論文，發現儘管模型可以較好地模擬總過火面積以及林火排放的二氧化碳，卻大大低估了單次林火事件的大小。此後，他發現很多野火模型無法準確模擬林火事件的大小。因此，一個疑問縈繞在他的腦海：模型僅僅模擬總過火面積就夠了嗎？還是需要更精確地刻畫林火次數以及單次火的面積？換言之：在單位面積上，大火和小火對氣候的影響是不是一樣的？

    這些問題，成為野火計算機模擬懸而未決的謎團，這也是嶽超最初靈感的來源。

    2018年，嶽超完成博士後研究工作，來到西北農林科技大學繼續從事林草碳彙和野火風險相關研究。

    他和博士生趙傑在數年的研究中發現，大火和小火對氣候的影響並不一樣。面對龐大的數據量和複雜的分析任務，團隊夜以繼日地工作，認真檢查每行代碼，確保每一個細節都經得起推敲。

    論文的正文只有2500餘字，論文補充材料卻多達20頁，四輪審稿意見和回覆更是長達99頁。「我們研究了北半球中高緯度地區近9萬場面積大於1平方千米的森林野火。」趙傑說，為了在提取林火導致的生物物理量變化時去除氣候波動的影響，每一場火的變量都需要經過多種計算，整個項目可能需要數百億次基礎運算。面對龐大的數據分析工作，課題組成員王嘉銘和李光耀也各自發揮編程特長，將運算效率大大提升。

    龐大的數據經過審慎的分析，轉化為令人信服的科學證據，也為這項「死磕」10年的研究交出了滿意的答卷。

    科學發現：被忽視的惡性循環

    團隊發現，氣候變暖已經造成極端大火更加頻繁，導致單次森林野火事件的持續時間更長、燃燒面積更大——由於地廣人稀，在加拿大、美國和澳州，單次林火事件的面積在最近幾十年里翻倍甚至增長3倍。北緯40度以北的溫帶和寒帶森林中，就單位過火面積而言，極端大火具有更高的燃燒強度，燃燒過程釋放更多的二氧化碳，火後樹木死亡率更高，火後夏季地表溫度升溫幅度更大。並且，極端大火對夏季地表升溫的放大效應可以持續數十年之久。

    此外，極端大火導致的地表升溫還可能影響火後森林順利更新及其樹種組成，並強化凍土層的退化，加速凍土有機碳的釋放。這些過程意味著極端大火很可能加劇全球變暖，反過來導致更多的極端大火，從而造成惡性循環。

    那麼，如何減緩極端大火帶來的氣候風險？除了積極防火以外，嶽超團隊研究發現，火後夏季地表升溫及其隨火災規模的放大效應，隨著闊葉樹比例的增加而降低，這與闊葉樹種相比針葉樹種具有較低的火災脆弱性相一致。因此，適當增加闊葉樹的比例，可以減緩極端大火帶來的氣候風險，這是一種基於自然的氣候變化和火災的減緩方案。

    團隊還發現，得益於我國大量的防滅火投入和有效的防火策略，我國森林野火的總過火面積和單次林火事件大小在過去60年里均大幅下降：與1953年-1987年相比，1988年-2021年年均總過火面積和單次林火事件大小分別減少了92.5%和80.7%。

    儘管如此，未來的氣候變暖仍然對我國森林防火構成嚴峻挑戰。嶽超表示：「通過這項研究，我們闡明了極端大火的生態和氣候影響，揭示了全球變暖背景下防控極端大火氣候風險的緊迫性，從而有助於提高我們預測未來氣候變化以及極端大火對全球變暖響應的能力。」

    「科學研究的起點是強烈的好奇心，但其過程卻要求堅忍不拔，不輕易放棄。」嶽超總是這樣告訴自己的學生。科學家最大的挑戰在於科學敏銳度——通過已有的科學文獻，結合對現實問題的關注，發現具有重大影響的科學問題，是科學家的一個核心競爭力。

付文婷 中青報·中青網記者 孫海華 來源：中國青年報

2024年10月14日 08 版