他們搞清了極端森林大火如何影響全球變暖

“做少而精的科研，致力于每項工作都有創新。”打開青年科學家岳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，這句話占據了C位，你能立刻捕捉到關鍵詞：少，精，創新。

9月25日，岳超帶領團隊在《自然》（Nature）雜志在線發表了題為《極端森林大火放大火后地表升溫》的研究成果。該研究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，并對可能存在的惡性循環提出了警示。

“科研歸根到底還是要靠idea（想法）。”記者走進西北農林科技大學水保學院，眼前的岳超穿著棉質白T恤，戴著黑色邊框眼鏡，散發出一種“松弛感”。交談中岳超多次談到“idea”這個詞，而他“死磕”了十年的研究也驗證了他“少而精”的研究理念。

靈感源于十年前的疑問

“林火，我們國家更多稱為森林火災，但‘森林野火’是一種更加科學和中性的說法”，岳超介紹道，“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”。極端森林大火則是指在較長時期干旱無雨的條件下，火勢蔓延迅速且難以控制，燃燒時間長，導致過火面積巨大的森林野火事件。

世界氣象組織數據顯示，2023年是有記錄以來最熱的年份，全年平均氣溫比工業化前水平（1850-1900年）高出1.45±0.12°C，大大超出此前最熱年份的升溫幅度。

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。林火燃燒過程會釋放大量二氧化碳和顆粒物，并且導致近地表溫度升高，會進一步加劇局部尺度氣候變暖。另外，火后由于地表溫度升高、土壤濕度下降，幼苗生長環境變得更加惡劣，經常導致種子無法萌發或幼苗大批死亡，這意味著森林生態系統的永久退化。

岳超2010年底開始在法國凡爾賽大學攻讀氣象、海洋與環境物理學博士學位，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。

2014年時，岳超完成了博士期間的第二篇論文，發現盡管模型可以較好的模擬總過火面積以及林火排放的二氧化碳，但是模型卻大大低估了單次林火事件的大小。此后，他應邀參加了一個國際野火模式比較計劃，發現大多數野火模型都無法準確模擬林火事件的大小。因此，一個疑問縈繞在腦海：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，成為了野火計算機模擬懸而未決的謎團，這也是岳超最初靈感的來源。

5.3萬部高清電影的數據量

2018年9月，響應國家對于人才的召喚，岳超希望自己能夠通過對林草生態、氣候變化和碳中和方面的研究，服務國家需求。同年，岳超回國并選擇了就職西北農林科技大學。

此后，岳超注意到，關于極端森林大火的新聞報道經常出現，并且很多科技期刊也經常發表一些關于極端大火的評論性文章，但正式經過嚴格同行評審的研究論文卻不多見。于是，他數年前開始關注的問題再次浮現在腦海，對于這一問題，科學界遲遲沒有回答。

岳超意識到這是一個重要的研究課題。于是，他安排自己回國后的第一個博士生趙杰于2019年初著手從事此項研究。結果顯示，大火和小火的氣候影響并不一樣。岳超的好友、荷蘭阿姆斯特丹自由大學的Sebastiaan Luyssaert（塞巴斯蒂安·呂瑟特）教授鼓勵岳超向《自然》投稿。經過多次反復修改，2022年底，該研究相關論文投稿到《自然》并進入審稿階段，曙光來臨。

然而，2023年春節過后，岳超卻收到了編輯的拒稿信。但編輯特別指出，該研究非常新穎獨到，但是審稿人提出的數據不確定性和研究時間序列較短等問題使得該研究不能馬上發表。

全新的視角，要有充足的“證據”。岳超團隊利用更多的數據源和更長的數據序列，經過大量充分和審慎的分析，證明了研究結果的穩健性，最終贏得了編輯和審稿人的認可。

從2019年入學到博士畢業，趙杰一直專注于這項研究，也是論文的第一作者。面對龐大的數據量和復雜的分析任務，趙杰夜以繼日地工作，認真檢查每行代碼，確保每一個細節都經得起推敲。雖然論文正文只有2500余字，論文補充材料多達20頁，四輪審稿意見和回復更是長達99頁。趙杰告訴記者，審稿意見主要集中在增加不同數據源以更好支撐研究結論、以及回歸分析方法等技術問題。

“我們研究了北半球中高緯度地區近9萬場面積大于1平方千米的森林野火。”趙杰回憶道，“每一場火的每個相關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。”他笑稱，博士期間一直在和這些數據“較勁”，每當審稿人提出質疑時，一次海量的數據分析就隨之展開。

“面對龐大的數據分析工作，課題組王嘉銘和李光耀兩位師弟也各自發揮編程特長，將運算效率大大提升。”15個4T、6個5T以及兩個8T的移動硬盤見證了趙杰的工作量。數據總量達106T，相當于5.3萬部高清電影的數據量。

這些龐大的數據經過審慎的分析，轉化為令人信服的科學證據。

一直被忽視的惡性循環

岳超團隊發現，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。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，火后樹木死亡率更高，火后夏季地表溫度升溫幅度更大。并且，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。

那么，如何減緩極端大火帶來的氣候風險？除了積極防火以外，岳超團隊研究發現，火后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，這是一種基于自然的氣候變化和火災的減緩方案。團隊還發現，得益于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于60年里均大幅下降：與1953-1987年相比，1988-2021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%。

盡管如此，未來的氣候變暖仍然對我國森林防火構成嚴峻挑戰。相較而言，在人口較為稀少的加拿大、美國中西部和澳大利亞，林火總面積和單次林火事件的面積在未來氣候變暖情景下均呈顯著上升態勢。因此，氣候進一步暖化將在人口稀少的溫帶和寒帶森林導致更多的極端大火。岳超表示：“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及防控極端大火氣候風險的緊迫性，從而有助于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。”岳超總是這樣開導自己的學生。“科學家最大的挑戰在于科學敏銳度，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，是科學家真正核心的競爭力。”岳超說。

被高緯森林極端大火照亮的夜空。（張亮/圖）

火后發黑的地面吸收更多太陽輻射，造成地表升溫。（張亮/圖）

岳超（左）和趙杰參加全國首屆“全球變化生態學論壇”。（受訪者供圖）

岳超研究員和團隊成員討論科學問題和研究方案。（靳軍/圖）