俞妍：气候变化下的野火和野火-沙尘复合极端事件

第43期碳中和学术沙龙 “加速变暖背景下的极端气候环境”

视频回顾

近年来，随着全球气候变暖加剧，极端野火事件频发，其产生大量的温室气体和气溶胶排放，影响全球碳循环、气候和经济社会。同时，野火会破坏植被覆盖、扩大裸露地表，使其易受风蚀导致沙尘排放，也对全球气候和生态产生影响。本篇重点研究了全球变暖下的野火后沙尘排放，并结合全球变暖下的野火碳排放、野火对陆地碳汇的影响、野火气溶胶的辐射效应等相关研究，为理解全球气候变化与陆地生态系统的相互作用提供新视角。

一

全球变暖下野火后沙尘排放

研究团队基于MODIS的沙尘气溶胶光学厚度（DOD）与细颗粒物气溶胶光学厚度（FOD）、植被指数（EVI）和土壤湿度等数据，利用地球流体力学原理过滤非本地沙尘传输的干扰，从而识别并量化不同规模的野火导致的后续沙尘排放（图1）。

图1. 野火后沙尘排放识别与量化方法

首先，通过调查2003-2020年期间超15万次的大规模野火（即连续7天内每0.1°×0.1°范围内大于20个活跃火点）发现，91%的大规模野火导致燃烧结束后的60天内EVI下降，54%的大规模野火导致燃烧结束后的60天内沙尘排放增加。然后，应用拉格朗日全导数核算大规模野火后的沙尘排放，结果显示大规模野火后的沙尘排放占比不到全球沙尘总量的千分之一。

研究进一步地通过卫星数据分析2003-2022年超2000万次不同规模野火时间发现，84%的野火导致燃烧结束后EVI下降，61%的野火导致燃烧结束后沙尘排放增加。这些野火主要集中在全球半干旱地区，包括非洲稀树草原、北美西南部、南亚、亚欧交界带以及澳大利亚东部等，野火后年沙尘排放量约5.6Tg Yr-1，占全球沙尘负担的1%。由于小规模野火发生频率高、分布广，其导致的沙尘排放占全球野火后沙尘排放总量的95%（图2）。

图2. 2003-2022年全球野火后沙尘排放空间分布

值得注意的是，尽管野火后沙尘事件的发生频率在过去20年下降了30%（尤其在非洲低纬度地区），但排放总量却增加77%，且主要来自于小规模野火。这一现象主要源于燃烧强度加剧、火后地表植被退化和土壤干旱程度加剧，导致单次事件的沙尘排放强度提升了155%（图3）。

图3. 2003-2022年野火后沙尘排放趋势

1979-2020年全球野火指数（包括近地面气温、相对湿度、降水、风速等）持续增高，但近年来全球野火发生频次和燃烧面积呈现下降趋势，研究发现，野火的发生不完全依赖近地面天气，而是受到陆面（植被载量、对流有效位能等）和大气的协同（竞争）调控。

二

全球变暖下的未来野火影响的不确定性

在全球变暖下，近地面野火指数可能会持续升高，但野火对于全球碳排放、陆地碳汇以及气候变化的影响都存在着不确定性。

在碳排放方面，团队采用CMIP6地球系统模式研究发现，全球野火碳排放将持续增加，到21世纪末，野火碳排放将超出当前排放的近2倍。通过机器学习分析框架以及多源观测资料对CMIP6地球系统模式进行误差矫正和约束后，发现21世纪末野火碳排放与当前相比增加1倍（图4）。

图4. 2010-2090年未受约束的多模式平均野火碳排放趋势（上图）及受约束的多模式平均野火碳排放趋势（下图）

在陆地碳汇方面，野火燃烧会在短期内产生碳排放，但一部分植被在燃烧后形成木炭，会长期封存碳，减少碳排放。同时，野火焚烧的地区长出更具活力的植被后，会吸收更多的二氧化碳（图5）。而且，当前的模拟和研究手段难以精准刻画这些过程。因此，从短期和长期来讲，野火对陆地碳汇的影响目前没有确切可靠的结论，仍存在很多未知与研究空白。

图5. 野火后植被变化（Nate G. McDowell et al., 2020）

在气溶胶的辐射效应方面，在全球变暖的背景下，虽然野火将继续增加，但由于气溶胶的直接辐射效应和气溶胶源相互作用的不确定，将导致野火对气候影响的不确定。根据社区地球系统模型集合（CSEM2）的研究结果（Blanchard-Wrigglesworth et al.，2025)，野火产生的黑碳（BC）会通过提高云滴数浓度、增加低云覆盖率以及改变地表净太阳辐射通量，从而减缓北方针叶林区域的变暖速度。根据ECHAM-HAM（欧洲中期天气预报中心汉堡模式，与汉堡气溶胶模块耦合）全球气溶胶-气候模型研究结果（Zhong et al.，2024)，野火产生的黑碳（BC）可通过气溶胶直接辐射效应，加速北极地区的变暖。

图6. 2000-2020年北半球北部地区（寒带区域）生物质燃烧气溶胶（BBA）平均的（a）气溶胶直接辐射效应（ERE）、（b）气溶胶-辐射-云间接辐射效应（REARI）和（c）气溶胶-云间接辐射效应（REACI），虚线表示北极圈（北纬66.5°）；在全球变暖1℃情景下，北极地区生物质燃烧气溶胶（BBA）的2000-2020年平均值与未来预测值的对比，（d）气溶胶直接辐射效应（ERE）、（e）气溶胶-辐射-云间接辐射效应（REARI）和（f）气溶胶-云间接辐射效应（REACI），误差棒代表标准差。对于ERE，2000-2020年平均值与未来预测值的差值代表有效辐射强迫（ERF）。

三

结语

野火会对全球变化产生一系列复杂的影响和反馈。首先，野火破坏的地面植被将不在从大气层中吸收二氧化碳，同时排放的气溶胶会干扰阳光的吸收与反射，减少降雨；其次，频繁的野火将导致植被生长迟缓或无法重新生长，可能加剧荒漠化；此外，野火排放的颗粒物会影响空气质量，包含黑碳在内的气溶胶也会通过吸收阳光中的热量，加速冰冻圈融化。在全球变暖的背景下，野火未来可能持续增加，从地球系统的角度来看，野火排放的沙尘、二氧化碳以及气溶胶等对于全球气候和生态变化的影响仍存在很大的不确定，需要进一步地探索和研究。

图7. 野火对全球变化的复杂影响（CCAC,2024）

/ 专家简介 /

俞妍

北京大学物理学院大气与海洋科学系助理教授、研究员

/ 合作作者 /

苏洪萱、孟祥磊

参考文献

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