极端森林大火如何影响全球变暖？我国青年科学家开辟研究新视角

付文婷 中青报·中青网记者 孙海华

“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，这句占据首页“C位”的表述中，“少、精、创新”成为关键词。

9月25日，岳超带领团队在国际学术期刊《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“气候变暖-极端大火频发-气候变得更暖-更多极端大火”恶性循环提出了警示，该研究为全面和深入认识林火对地球系统和气候过程的影响开辟了新视角。

被高纬森林极端大火照亮的夜空。张亮/摄影

换个“频道”看问题，他的灵感来源于哪里？研究过程中有哪些不为人知的故事？火光背后有哪些新的发现？“科研归根到底还是要靠idea（想法）”是岳超给出的答案，而他“死磕”10年的研究也确实“很有想法”。

科学灵感：10年前的疑问

“林火，在我国更多称为森林火灾，但‘森林野火’是一种更加科学和中性的说法。”岳超告诉记者，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，它是和室内用火——比如家庭做饭用火相对应的一个概念”。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（有时甚至可达数月），导致过火面积巨大的森林野火事件。

火后发黑的地面吸收更多太阳辐射，造成地表升温。张亮/供图

全球变暖是人类社会可持续发展所面临的前所未有的重大挑战。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年——1900年）高出1.45±0.12°C，大大超出此前最热年份的升温幅度。

越来越多的研究表明，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，二氧化碳是导致全球变暖最重要的温室气体。火后大量树木死亡，水分蒸腾能力下降，地表变黑会吸收更多的短波太阳辐射——这些过程导致近地表温度升高，并进一步加剧局部尺度气候变暖。通常情况下，野火干扰后，森林会经历新一轮次生演替过程，但这一过程的前提是树木种子可以正常萌发和幼苗可以正常生长。

同时，由于火后地表温度升高、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，经历过林火的森林因此可能再也无法恢复，这意味着森林生态系统的永久退化。

由于林火对森林生态和气候系统的重要性，在地球系统模式中考虑林火的影响就显得至关重要。岳超博士时期攻读的是气象、海洋与环境物理学学位，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。目前，岳超团队正在应用该模型评估中国森林碳吸收潜力和火灾风险。

2014年，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地模拟总过火面积以及林火排放的二氧化碳，但却大大低估了单次林火事件的大小。此后，他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：模型仅仅正确模拟总过火面积就够了吗？还是需要更精确地刻画林火次数以及单次火的面积？换言之：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。

峰回路转：科学背后的故事

2018年，岳超完成博士后研究工作，来到西北农林科技大学继续从事林草碳汇和野火风险相关研究。

岳超注意到，关于极端森林大火的新闻报道经常出现，《科学》《自然》等杂志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。他曾关注的问题再次浮现在脑海：在同样的过火面积下，一场极端大火和若干场小火相比，对生态系统和气候的影响是否相同？极端大火频发到底具有怎样的生态后果和气候影响？对于这一问题，科学界迟迟没有回答。

这样的背景下，岳超敏锐地意识到，极端大火的气候反馈应该是一个重要的研究课题，否则国际顶级学术期刊不会以评论的形式给予极端大火如此多的关注。于是，在2019年，岳超带着博士生赵杰着手开始了相关研究。

岳超研究员和团队成员探讨研究方案。靳军/摄影

他们在数年的研究中发现，大火和小火的气候影响并不一样。面对庞大的数据量和复杂的分析任务，团队夜以继日地工作，认真检查每行代码，确保每一个细节都经得起推敲。

虽然最终发表的论文正文只有2500余字，论文补充材料却多达20页，四轮审稿意见和回复更是长达99页。“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。”赵杰说，为了在提取林火导致的生物物理量变化时去除气候波动的影响，每一场火的每个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。面对庞大的数据分析工作，课题组成员王嘉铭和李光耀也各自发挥编程特长，将运算效率大大提升。

庞大的数据经过审慎的分析，转化为令人信服的科学证据，也为这项“死磕”10年的研究交出了满意的答卷。

科学发现：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——由于地广人稀，在加拿大、美国和澳大利亚，单次林火事件的面积在最近几十年里翻倍甚至增长3倍。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影响火后森林能否顺利更新及其树种组成，并强化冻土层的退化，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。

岳超（左）和赵杰参加学术研讨会。受访者供图

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去60年里均大幅下降：与1953年—1987年相比，1988年—2021年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。”岳超总是这样告诉自己的学生。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。

来源：中国青年报客户端