為應對氣候變化提供新視角，科學家揭示極端森林大火與氣候變暖的關係
近年來，在全球氣候變暖的背景下，世界各國家和地區如亞馬遜、西伯利亞、加拿大、美國西岸、地中海、希臘、葡萄牙、澳州等極端森林大火發生的頻率不斷增加，且單次極端大火的過火面積（林火規模）越來越大。
儘管此前國際上已有多個團隊相繼在全球或區域尺度開發出野火斑塊數據集，但對於林火規模如何影響其氣候反饋這一問題，卻鮮有研究與探討。過去，人們普遍認為森林大火對氣候的反饋僅取決於總過火面積。
然而，西北農林科技大學嶽超研究員團隊的一項研究發現，實際上並非如此。即使總過火面積維持不變，若平均森林野火的面積增大，即總過火面積主要由少數幾場大火構成，也會導致氣候反饋顯著增強，進而加劇地表的變暖程度。
研究人員揭示了其原因在於，森林過火之後，被火燒過的區域就像森林中的一個「島」，它的地表會顯著升溫，產生類似於熱島效應的現象，其地表溫度比周圍區域更高。而且，當這個「島」的面積變大時，其升溫幅度也會更高。
也就是說，即便總的過火面積不變，但如果火的數量減少，單次火導致的「島」的大小在增加，仍然會導致地表升溫幅度增加，這是此前研究中未曾發現的。
因此，森林野火的規模越大，地表升溫就越強，這反過來又會導致周邊氣候變暖幅度增大，加劇了未著火森林的火災風險。同時，在更廣泛的意義上，野火規模越大，野火導致的二氧化碳排放越多，這也會進一步加強氣候變暖。
最後，伴隨著火後升溫、土壤水分下降等現象，樹木幼苗萌發、森林再生的環境更加惡劣，加劇了森林更新失敗的風險，可能導致森林的永久性損失——地表植被的變化又會進一步影響下一次野火週期。
這項研究具有警示意義，旨在提醒人們關注這一此前被忽視的重要機制：極端森林大火和全球氣候變暖互相影響，進而形成一種惡性循環。
圖丨嶽超（左）和趙傑（來源：嶽超）該論文通訊作者兼共同第一作者、西北農林科技大學嶽超研究員的主要研究方向包括自然生態系統干擾、土地利用變化和陸地碳平衡動態和機制。
他在法國凡爾賽大學獲得博士學位，讀博期間的首個研究項目是完善地球系統模式中的陸面過程模型，地球系統模式用於模擬整個地球系統過程變化，包括但不限於預測未來氣候變化和陸地生態系統的響應。
當時，他在模型中增加對野火過程的描述，卻發現模型未能很好地表徵單次火的過火面積，也未能有效模擬極端大火的生態後果和氣候效應。之後，嶽超分別在法國國家冰川與環境物理實驗室和法國國家環境與氣候科學實驗室從事博士後研究。
2018 年時，他注意到儘管近年來 Nature、Science 等期刊及其子刊有不少關於極端大火方面的評論文章，但卻缺乏深入、堅實的研究論文來揭示極端大火的生態和氣候效應。
在上述兩個方面問題的啟發下，他開始關注野火規模變大或極端大火的生態後果及對氣候的影響，從 2019 年年初開始著手研究，旨在探索模型中是否需要考慮火的數量和林火規模，以及不同規模林火對氣候反饋是否存在差異。
圖丨林火規模對火後生物地球物理變化量的放大效應（來源：Nature）該研究還發現過去大約 40 到 60 年範圍內，伴隨著氣候變暖，加拿大、美國以及澳州等主要的林火易發國家總過火面積呈增加趨勢，並且單次林火事件面積增加了 1 到 4 倍。
嶽超表示，當總過火面積增延長，其對氣候的反饋也會增加，但同時，平均而言單次過火事件的面積也在增加。「因此，我們提到的‘加劇氣候變暖’，是因為平均而言火的規模變大，這會在總過火面積增加的基礎上，進一步放大野火的氣候變暖效應。」
圖丨林火規模對未來氣候和林火活動的影響（來源：Nature）據瞭解，論文的投稿過程歷經波折。2022 年底，研究人員向 Nature 投稿，但到了 2023 年 2 月，審稿人給出了拒稿意見：儘管他們高度評價了研究的新穎性，但他們認為研究中的數據和方法仍存在不確定性。
剛收到拒稿意見時，該課題組感到有些沮喪，但很快他們就調整策略，針對審稿人提出的問題，使用了幾套不同的數據得出了相同的研究結果，並進一步論證了方法的合理性和嚴謹性。
「我們向編輯提出了重新考慮拒稿決定的請求，幸運的是，編輯給予了我們修改稿件的機會。」嶽超回憶道。
最終，相關論文以《極端森林大火加劇火後地表升溫》（Forest fire size amplifies postfire land surface warming）為題發表在 Nature 上 [1]。
西北農林科技大學博士生趙傑是第一作者，嶽超研究員擔任共同第一作者兼通訊作者。
圖丨相關論文（來源：Nature）現在，研究人員正在考慮利用 AI 等新興技術手段，對不同升溫幅度下的林火規模進行預測。例如，在 1.5℃、2℃、3℃ 等不同升溫情景下，未來林火規模的變化趨勢，以及在這些不同升溫幅度下，因林火規模變化而產生的氣候反饋可能發生的變化等。
他們希望能夠通過進一步研究，在國際社會努力將溫控目標控制在 1.5℃ 或 2℃ 的背景下，探索野火規模變化是否存在一些關鍵的升溫拐點，即可能在超過某個特定的升溫範圍後，林火規模會非線性急劇放大。
「這些結論將從科學的角度，幫助預測和應對極端大火的發生以及對氣候變暖帶來的影響。」嶽超說。
參考資料：1.Zhao, J., Yue, C., Wang, J. et al. Forest fire size amplifies postfire land surface warming. Nature 633, 828–834 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07918-8
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