他们搞清了极端森林大火如何影响全球变暖

作者：严涛,付文婷 来源：中国科学报

“做少而精的科研，致力于每项工作都有创新。”打开青年科学家岳超在西北农林科技大学“植被动态与地表过程”研究组的网站，这句话占据了C位，你能立刻捕捉到关键词：少，精，创新。

9月25日，岳超带领团队在《自然》（Nature）杂志在线发表了题为《极端森林大火放大火后地表升温》的研究成果。该研究首次从林火规模这一独特视角，揭示了极端大火对生态系统破坏性、林火碳排放和地表气候反馈的放大效应，并对可能存在的恶性循环提出了警示。

“科研归根到底还是要靠idea（想法）。”记者走进西北农林科技大学水保学院，眼前的岳超穿着棉质白T恤，戴着黑色边框眼镜，散发出一种“松弛感”。交谈中岳超多次谈到“idea”这个词，而他“死磕”了十年的研究也验证了他“少而精”的研究理念。

灵感源于十年前的疑问

“林火，我们国家更多称为森林火灾，但‘森林野火’是一种更加科学和中性的说法”，岳超介绍道，“这是因为对很多森林生态系统而言，火其实不完全是一种灾害，而是生态系统自然过程的一个有机组成部分”。“所谓‘野火’，主要是强调火发生的场所为空旷的野外”。极端森林大火则是指在较长时期干旱无雨的条件下，火势蔓延迅速且难以控制，燃烧时间长，导致过火面积巨大的森林野火事件。

世界气象组织数据显示，2023年是有记录以来最热的年份，全年平均气温比工业化前水平（1850-1900年）高出1.45±0.12°C，大大超出此前最热年份的升温幅度。

全球变暖已经导致更多的森林野火，同时也使得极端林火天气呈现频发、广发、强发的趋势。林火燃烧过程会释放大量二氧化碳和颗粒物，并且导致近地表温度升高，会进一步加剧局部尺度气候变暖。另外，火后由于地表温度升高、土壤湿度下降，幼苗生长环境变得更加恶劣，经常导致种子无法萌发或幼苗大批死亡，这意味着森林生态系统的永久退化。

岳超2010年底开始在法国凡尔赛大学攻读气象、海洋与环境物理学博士学位，从事的第一个研究工作就是在地球系统模式的陆地过程模型中开发模拟森林野火的计算机模块。

2014年时，岳超完成了博士期间的第二篇论文，发现尽管模型可以较好的模拟总过火面积以及林火排放的二氧化碳，但是模型却大大低估了单次林火事件的大小。此后，他应邀参加了一个国际野火模式比较计划，发现大多数野火模型都无法准确模拟林火事件的大小。因此，一个疑问萦绕在脑海：在单位面积上，大火和小火对气候的影响是不是一样的？

这些问题，成为了野火计算机模拟悬而未决的谜团，这也是岳超最初灵感的来源。

5.3万部高清电影的数据量

2018年9月，响应国家对于人才的召唤，岳超希望自己能够通过对林草生态、气候变化和碳中和方面的研究，服务国家需求。同年，岳超回国并选择了就职西北农林科技大学。

此后，岳超注意到，关于极端森林大火的新闻报道经常出现，并且很多科技期刊也经常发表一些关于极端大火的评论性文章，但正式经过严格同行评审的研究论文却不多见。于是，他数年前开始关注的问题再次浮现在脑海，对于这一问题，科学界迟迟没有回答。

岳超意识到这是一个重要的研究课题。于是，他安排自己回国后的第一个博士生赵杰于2019年初着手从事此项研究。结果显示，大火和小火的气候影响并不一样。岳超的好友、荷兰阿姆斯特丹自由大学的Sebastiaan Luyssaert（塞巴斯蒂安·吕瑟特）教授鼓励岳超向《自然》投稿。经过多次反复修改，2022年底，该研究相关论文投稿到《自然》并进入审稿阶段，曙光来临。

然而，2023年春节过后，岳超却收到了编辑的拒稿信。但编辑特别指出，该研究非常新颖独到，但是审稿人提出的数据不确定性和研究时间序列较短等问题使得该研究不能马上发表。

全新的视角，要有充足的“证据”。岳超团队利用更多的数据源和更长的数据序列，经过大量充分和审慎的分析，证明了研究结果的稳健性，最终赢得了编辑和审稿人的认可。

从2019年入学到博士毕业，赵杰一直专注于这项研究，也是论文的第一作者。面对庞大的数据量和复杂的分析任务，赵杰夜以继日地工作，认真检查每行代码，确保每一个细节都经得起推敲。虽然论文正文只有2500余字，论文补充材料多达20页，四轮审稿意见和回复更是长达99页。赵杰告诉记者，审稿意见主要集中在增加不同数据源以更好支撑研究结论、以及回归分析方法等技术问题。

“我们研究了北半球中高纬度地区近9万场面积大于1平方千米的森林野火。”赵杰回忆道，“每一场火的每个相关变量都需要经过多种计算，整个项目可能需要数百亿次基础运算。”他笑称，博士期间一直在和这些数据“较劲”，每当审稿人提出质疑时，一次海量的数据分析就随之展开。

“面对庞大的数据分析工作，课题组王嘉铭和李光耀两位师弟也各自发挥编程特长，将运算效率大大提升。”15个4T、6个5T以及两个8T的移动硬盘见证了赵杰的工作量。数据总量达106T，相当于5.3万部高清电影的数据量。

这些庞大的数据经过审慎的分析，转化为令人信服的科学证据。

一直被忽视的恶性循环

岳超团队发现，气候变暖已经造成极端大火更加频繁，导致单次森林野火事件的持续时间更长、燃烧面积更大。北纬40度以北的温带和寒带森林中，就单位过火面积而言，极端大火具有更高的燃烧强度，燃烧过程释放更多的二氧化碳，火后树木死亡率更高，火后夏季地表温度升温幅度更大。并且，极端大火对夏季地表升温的放大效应可以持续数十年之久。此外，极端大火导致的地表升温还可能强化冻土层的退化，加速冻土有机碳的释放。这些过程意味着极端大火很可能加剧全球变暖，反过来导致更多的极端大火，从而造成恶性循环。

那么，如何减缓极端大火带来的气候风险？除了积极防火以外，岳超团队研究发现，火后夏季地表升温及其随火灾规模的放大效应随着阔叶树比例的增加而降低，这与阔叶树种相比针叶树种具有较低的火灾脆弱性相一致。因此，适当增加阔叶树的比例可以减缓极端大火带来的气候风险，这是一种基于自然的气候变化和火灾的减缓方案。团队还发现，得益于我国大量的防灭火投入和有效的防火策略，我国森林野火的总过火面积和单次林火事件大小在过于60年里均大幅下降：与1953-1987年相比，1988-2021年均总过火面积和单次林火事件大小分别减少了92.5%和80.7%。

尽管如此，未来的气候变暖仍然对我国森林防火构成严峻挑战。相较而言，在人口较为稀少的加拿大、美国中西部和澳大利亚，林火总面积和单次林火事件的面积在未来气候变暖情景下均呈显著上升态势。因此，气候进一步暖化将在人口稀少的温带和寒带森林导致更多的极端大火。岳超表示：“通过这项研究，我们阐明了极端大火的生态和气候影响，揭示了全球变暖背景下及防控极端大火气候风险的紧迫性，从而有助于提高我们预测未来气候变化以及极端大火对全球变暖响应的能力。”

“科学研究的起点是强烈的好奇心，但其过程却要求坚忍不拔，不轻易放弃。”岳超总是这样开导自己的学生。“科学家最大的挑战在于科学敏锐度，通过已有的科学文献，结合对现实问题的关注，发现具有重大影响的科学问题，是科学家真正核心的竞争力。”岳超说。

被高纬森林极端大火照亮的夜空。（张亮/图）

火后发黑的地面吸收更多太阳辐射，造成地表升温。（张亮/图）

岳超（左）和赵杰参加全国首届“全球变化生态学论坛”。（受访者供图）

岳超研究员和团队成员讨论科学问题和研究方案。（靳军/图）