中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 政府間氣候變化專門委員會（IPCC）最新評估顯示，自工業(yè)革命以來，由化石燃料使用和毀林等人為活動引起的碳排放，使大氣二氧化碳（CO₂）濃度由工業(yè)革命前285 ppm增加至2022年的417 ppm，導(dǎo)致全球平均溫度增加了約1.1℃。為了減緩以CO₂為主要溫室氣體濃度增加導(dǎo)致的氣候變暖，國際社會先后制定了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（1992年）、《京都議定書》（1997年）、《哥本哈根協(xié)定》（2009年）、《巴黎協(xié)定》（2015年）、《格拉斯哥氣候協(xié)議》（2021年）、《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（2022年）等國際公約，確定了在21世紀(jì)末將氣溫升高控制在1.5℃的目標(biāo)。作為碳減排的全球性重大行動，世界主要經(jīng)濟(jì)體先后公布了“雙碳”（碳達(dá)峰、碳中和）減排目標(biāo)。

中國是“雙碳”行動的積極推進(jìn)者，中國政府于2020年9月宣布，將爭取在2030年“碳達(dá)峰”，2060年前實現(xiàn)“碳中和”（即CO₂凈排放為0）。像中國這樣一個正處在實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程中的大國，“碳達(dá)峰”與“碳中和”僅有30年間隔，必然面臨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、技術(shù)升級和生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯等方面的巨大挑戰(zhàn)。當(dāng)前，實現(xiàn)“碳中和”的主要路徑包括減少化石燃料使用及土地利用變化導(dǎo)致的碳排放量（減排）、增加陸海生態(tài)系統(tǒng)碳吸收（增匯）及廣泛使用碳捕捉與碳封存（CCUS）技術(shù)。

增加生態(tài)系統(tǒng)碳匯是實現(xiàn)“碳中和”最綠色、經(jīng)濟(jì)和可行的途徑。2012—2021年，全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯約為110億噸CO₂/年，抵消約32%人類化石燃料碳排放，在實現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)中起著不可替代的作用。然而，生態(tài)系統(tǒng)碳匯是脆弱的，除受到生態(tài)系統(tǒng)類型、土壤和氣候因素的影響，還受到人為干擾的影響。

野火是全球生態(tài)系統(tǒng)中最重要的自然干擾過程之一，也是森林和草地面臨的主要自然干擾類型，在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中起著重要作用。火燒破壞地表植被，釋放大量溫室氣體、顆粒物和其他痕量氣體，加劇水土流失和空氣污染，是影響全球環(huán)境和氣候安全的重要驅(qū)動因子之一。2002—2020年，全球野火年均排放（73.2±7.32）億噸CO₂，約為化石燃料釋放CO₂的18.5%，對大氣CO₂濃度升高的貢獻(xiàn)顯著。同時，野火碳排放量受氣候變化的影響存在巨大的年際變化。例如，1997—1998厄爾尼諾年，野火的排放量高達(dá)117.12億噸CO₂，而在2001—2009年，年均野火的排放量為58.6億噸CO₂，因此野火碳排放是導(dǎo)致陸地碳匯變化的主要因素之一。盡管火后植被恢復(fù)可以抵消一部分野火的直接碳排放，但在氣候變暖、火燒輪回期變短，以及強度增加的背景下，植被需要更長的時間才能抵消碳釋放。特別是在北方森林和熱帶雨林區(qū)，氣候暖干化和人類活動導(dǎo)致森林火災(zāi)頻率、面積和強度增加，林火碳釋放量急劇上升，導(dǎo)致森林植被恢復(fù)需要上百年以上才能抵消林火導(dǎo)致的碳釋放，滯后于氣溫升高控制在1.5℃的目標(biāo)所設(shè)定的時間框架。因此，在“雙碳”的背景下評估碳核算體系，野火碳排放不容忽視。

林火碳排放在全球碳循環(huán)中的作用

全球森林火燒面積及碳排放趨勢

野火主要發(fā)生在草原、稀樹草原和森林三大生態(tài)系統(tǒng)中，而非洲大陸野火面積占全球火燒面積的3/4以上。衛(wèi)星數(shù)據(jù)表明，2000年以來全球野火發(fā)生面積總體呈下降趨勢，主要是農(nóng)田管理導(dǎo)致非洲草原和稀樹草原火燒面積降低。然而，全球林火呈上升趨勢，特別是北美西部、澳大利亞等地區(qū)災(zāi)難性火災(zāi)頻率增加。林火占全球火燒面積約5%，但由于森林生物量高，林火碳排放占全球野火CO₂排放的20%，年均排放量約為15億噸CO₂。近年來，受氣候變暖和人類活動的影響，林火排放的CO₂約以每年1%（約1 500萬噸CO₂）的速度增長，已成為不可忽視的碳排放源。

特別是北方針葉林，隨著氣候變暖和干旱的加劇，林火發(fā)生頻率呈顯著增加趨勢。2000—2020年，北方森林火災(zāi)碳排放為全球野火CO₂排放量的10%；由于氣候變暖，2021年占比達(dá)23%，釋放了17.6億噸CO₂。而且較少發(fā)生野火的高緯度苔原帶地區(qū)也開始頻繁火燒，導(dǎo)致凍土融化，加劇甲烷、氮氧化物等強溫室氣體排放。

林火發(fā)生的影響因素

林火的發(fā)生受到氣象條件、可燃物特征和火源的影響。氣候變暖導(dǎo)致高溫、熱浪和干旱，造成可燃物水分含量下降，并增加大氣雷暴頻率，林火發(fā)生的頻率、蔓延速度和能量釋放也隨之增加。同時，溫度升高有利于高緯度植物生長，增加了可燃物的載量，進(jìn)一步增加林火強度。由于氣候變暖存在“北極放大效應(yīng)”（即高緯度地區(qū)的氣候變暖速率高于全球平均），因此未來北半球高緯度地區(qū)的高溫?zé)崂撕透珊凳录赡軙l繁，極端野火發(fā)生的頻率和強度可能持續(xù)增加。氣候變暖與野火碳排放之間的正反饋機(jī)制，可能使高緯度地區(qū)成為火燒碳排放的高發(fā)區(qū)域。

加拿大2023年極端林火碳排放估算及其影響

林火是北方森林中不可或缺的自然干擾過程，是維持森林生態(tài)系統(tǒng)多樣性和健康的重要因子，它以從地面火到樹冠火的多種形態(tài)調(diào)節(jié)森林生態(tài)系統(tǒng)的樹種組成、年齡結(jié)構(gòu)和空間（景觀）格局。每年5—10月為加拿大林火活躍期。全球氣候變化導(dǎo)致北美天氣持續(xù)高溫，2023年春季加拿大部分省份氣溫較往年同期高，異常炎熱干燥的氣候增加了林火發(fā)生頻率和強度。據(jù)加拿大森林消防中心數(shù)據(jù)，截至當(dāng)?shù)貢r間8月29日，2023年該國累計發(fā)生5 900處火災(zāi)，過火面積累計約15萬平方公里。如此大規(guī)模、高烈度的林火可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的破壞和生物多樣性的喪失，造成生態(tài)系統(tǒng)不可逆的退化。

火燒釋放大量的顆粒物，隨西風(fēng)環(huán)流輸送到美國及歐洲，造成嚴(yán)重的空氣污染，危害美國、加拿大、歐洲甚至整個北半球人群健康。同時，林火釋放大量的溫室氣體（CO₂、甲烷和氮氧化物），進(jìn)一步增加大氣溫室氣體濃度，加劇全球氣候變暖，對國際氣候治理和“雙碳”減排目標(biāo)造成困難。

林火碳釋放估算的方法

計算林火碳排放量的方法主要有排放因子法、遙感觀測法、模型模擬法、監(jiān)測反演法等。排放因子法、遙感觀測法、模型模擬法等屬于“自下而上”方法，主要通過火燒面積或輻射功率，結(jié)合生物量、燃燒系數(shù)、排放因子等參數(shù)計算消耗的可燃物生物量產(chǎn)生的不同溫室氣體的排放量，具有空間分辨率高（100 m2—1 km2）等優(yōu)點，但是需要精確的火燒面積、生物量、排放因子等數(shù)據(jù)。監(jiān)測反演法屬于“自上而下”方法，主要基于大氣觀測的溫室氣體濃度和氣象場資料，結(jié)合大氣化學(xué)輸送模型，通過數(shù)據(jù)同化方法，可以較快速地反演獲得林火的排放量。然而，該方法空間分辨率低（> 0.25°）、受大氣邊界層影響難以量化CO₂排放的源匯變化。由于目前尚不能準(zhǔn)確掌握加拿大過火區(qū)域的森林結(jié)構(gòu)、林分密度、燃燒比例等信息，不同方法進(jìn)行估算存在一定差異。

遙感數(shù)據(jù)是目前估算大尺度林火碳排放的有效手段。本研究基于火燒碳釋放強度的方法，可快速準(zhǔn)確進(jìn)行林火碳釋放的初步評估。該方法首先通過全球林火碳釋放數(shù)據(jù)庫（GFED）計算獲得加拿大區(qū)域火燒碳排放強度圖（圖1）。GFED數(shù)據(jù)庫是精度高、國際通用的林火碳排放數(shù)據(jù)集，是IPCC估算火燒碳釋放的主要數(shù)據(jù)源；然后，結(jié)合遙感觀測和加拿大國家發(fā)布的火燒數(shù)據(jù)，近實時估算火燒的累積碳釋放量（圖2）。

本研究利用哥白尼大氣監(jiān)測服務(wù)（CAMS）“全球火災(zāi)同化系統(tǒng)”（GFAS）提供的火燒碳釋放數(shù)據(jù)作為驗證。GFAS是基于中分辨率成像光譜儀（MODIS）觀測到的火災(zāi)輻射功率（FRP）數(shù)據(jù)，利用排放因子法將FRP轉(zhuǎn)換為火災(zāi)消耗的干物質(zhì)（DM），再結(jié)合發(fā)表數(shù)據(jù)，計算火燒碳排放量。GFAS已被廣泛應(yīng)用于監(jiān)測火燒碳排放、空氣質(zhì)量預(yù)報及大氣化學(xué)模擬，是國際權(quán)威火燒碳排放數(shù)據(jù)庫之一。

本研究估算，截至8月29日，2023年加拿大火燒已累計排放CO₂約12.68億噸，低于CAMS的測算值（13.94億噸）約9%，是2002—2022年同期CO₂平均排放量的5倍以上（圖2）；該排放量已超過加拿大、德國2021年各自全年能源相關(guān)的CO₂排放量（據(jù)國際碳計劃2022年的數(shù)據(jù)，加拿大、德國2021全年能源相關(guān)的CO₂排放量分別為5.46億噸和6.74億噸；其中，德國居全球第7位）。

加拿大林火對空氣質(zhì)量的影響

加拿大林火除釋放CO₂、甲烷等溫室氣體，還產(chǎn)生大量顆粒物，包括細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、黑碳（BC），以及揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）等空氣污染物；這些空氣污染物對當(dāng)?shù)睾拖掠蔚貐^(qū)空氣質(zhì)量的影響非常顯著，直接影響人體健康。基于地球系統(tǒng)模式（IAP-AACM），本研究模擬了加拿大林火空氣污染物對全球PM2.5濃度的影響。結(jié)果顯示，加拿大林火釋放的PM2.5受西風(fēng)環(huán)流及天氣動力作用，造成了長距離跨境傳輸，不僅影響美國東部，并跨過大西洋向西歐和歐亞大陸等人口密集區(qū)擴(kuò)散，導(dǎo)致了大范圍空氣污染。影響較大的跨境傳輸過程主要有4次，分別為2023年5月17—26日、6月6—19日、6月23—30日、7月15—20日（圖3）。這4次過程均顯著影響到美國地區(qū)空氣質(zhì)量（PM2.5濃度可達(dá)50微克/立方米以上），其中6月27—30日林火釋放的高濃度PM2.5顯著影響歐洲地區(qū)（5微克/立方米以上）。加拿大林火對北非和亞洲地區(qū)PM2.5濃度也有影響，且影響到我國西部地區(qū)，濃度貢獻(xiàn)小于5微克/立方米。截至2023年7月20日，加拿大林火已造成超過300萬平方公里陸地的PM2.5超標(biāo)，影響超過8 000多萬人。

中國森林火災(zāi)碳排放現(xiàn)狀

我國持續(xù)不懈的植樹造林、森林保護(hù)等生態(tài)治理措施，實現(xiàn)了連續(xù)30多年森林面積和蓄積量“雙增長”。根據(jù)第九次全國森林資源清查數(shù)據(jù)，我國天然林面積1.4億公頃，人工林面積0.8億公頃，森林覆蓋率約為23%。在2000—2017年全球新增綠化面積中，約1/4來自中國，貢獻(xiàn)比例居全球首位，為增匯貢獻(xiàn)巨大。《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，“十四五”時期，森林覆蓋率提高到24.1%。

森林面積和蓄積量的不斷增長，為固碳增匯、改善生態(tài)環(huán)境作出了巨大貢獻(xiàn)，同時也對森林防火帶來了巨大挑戰(zhàn)。盡管面臨自然因素和社會因素疊加的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，在多方共同努力下，我國森林草原防火工作仍取得長足發(fā)展，火災(zāi)綜合防控能力顯著提升。2000—2021年，我國年均森林火災(zāi)次數(shù)為6 088±3 948次，其中95%以上為面積小于100公頃的火災(zāi)，森林受災(zāi)面積為（7.2±12.0）萬公頃。特別是2010年以來，森林火災(zāi)次數(shù)和面積顯著下降（圖4）。森林火災(zāi)面積的降低，顯著降低了林火碳排放的量。我國每年森林火災(zāi)碳排放量為（1 500±160）萬噸CO₂。因此，我國實行的“增綠固碳”森林生態(tài)工程措施和“預(yù)防為主、防救結(jié)合”防火方針，為全球環(huán)境治理、增加碳匯和減少林火碳排放作出了巨大貢獻(xiàn)。

加強林火碳研究，減少自然過程碳排放

林火已成為不容忽視的碳排放源，特別是近年來極端森林火災(zāi)事件頻發(fā)（如2019年亞馬孫林火、2019—2020年澳大利亞林火、2022年西伯利亞林火和2023年加拿大林火），直接排放大量溫室氣體。同時，林火通過加速凍土融化，也大量釋放甲烷和氧化亞氮等強溫室氣體，其他火山、活動斷裂也是溫室氣體排放源。因此，加強林火碳排放研究，減少自然過程碳排放刻不容緩。對此提出3點建議。

將林火碳排放納入國家排放清單。建立全面、客觀、公正的碳排放監(jiān)測與計量系統(tǒng)，同時兼顧人類活動（化石燃料排放、工業(yè)排放）和自然過程碳排放，將包括林火在內(nèi)的自然過程所排放溫室氣體納入國家排放清單，共同建立公平合理、合作共贏的全球氣候治理體系。

采取有效手段降低自然過程碳排放。雖然森林火災(zāi)的預(yù)測和控制是學(xué)術(shù)界和林業(yè)部門的難題，但是可以采取科學(xué)有效手段預(yù)防林火發(fā)生。例如，在森林中實施可燃物處理，降低可燃物載量，其處理方式包括計劃火燒、機(jī)械清除、林分疏透和自然火利用、增加防火林帶。同時可以考慮調(diào)整森林的樹種組成，形成具有抵抗林火的森林帶，構(gòu)筑天然的“綠色防火道”。2023年5月，我國出臺的《關(guān)于全面加強新形勢下森林草原防滅火工作的意見》體現(xiàn)了黨中央、國務(wù)院化解重大森林草原火災(zāi)風(fēng)險、全力維護(hù)人民群眾生命財產(chǎn)安全和生態(tài)安全的決心。

加強國際合作。極端林火的影響范圍不局限于某一區(qū)域，已成為影響全球環(huán)境和氣候治理的突發(fā)性事件，亟待各國高度重視；通過加強合作，共同應(yīng)對，實施切實可行的措施，消減自然因素帶來的碳排放。針對極端林火預(yù)測和防控的世界性難題，應(yīng)組織科研人員進(jìn)一步研究構(gòu)建森林林火風(fēng)險識別、預(yù)警預(yù)測和防控技術(shù)體系，并加強林火過程碳排放研究，建立更加科學(xué)、全面、自主可控的碳核算體系。

（作者：劉志華，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所；賀紅士，東北師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院；徐文茹、梁宇、朱教君、王高峰，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所；魏偉，中國科學(xué)院上海高等研究院；王自發(fā)，中國科學(xué)院大氣物理研究所；韓永明，中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所；《中國科學(xué)院院刊》供稿）