加拿大野火肆虐！南大团队揪出野火“幕后推手”

极端气候事件背后

往往隐藏着更深层的驱动机制

近期，南大团队的研究

在此类极端野火事件的

归因与影响方面取得新进展

揪出了野火的“幕后推手”

发现了野火导致永久冻土退化的潜在风险

野火逼近北极圈

谁点燃了冻土“碳炸弹”？

近日，南京大学国际地球系统科学研究所张永光教授课题组基于多源遥感数据评估了2023年加拿大极端野火的空前规模、主要驱动因子以及对永久冻土产生的影响。2023年极端野火席卷了加拿大东西海岸，累计燃烧面积达到空前的13.02百万公顷（Mha），比历史（2001-2022年）平均水平高出7倍之多。令人警惕的是，2023年超过80%的野火发生在加拿大永久冻土分布区，甚至蔓延至北极圈以北的连续永久冻土带，这预计在未来数年甚至数十年内会加剧永久冻土退化，从而导致大量土壤有机碳释放至大气中，对气候系统产生重要而深远的影响。

近年来，受气候变化影响，极端火天气条件不断加剧，区域极端野火事件的发生频率与强度显著提升。2023年加拿大这场破纪录的极端野火引发全球广泛关注，但其背后的主要气候驱动因素尚不明确。

此次极端野火事件造成了严重的社会和气候影响：超过200个社区和二十几万人口被疏散；燃烧导致大量存储在生物量的有机碳被释放到大气中；数百万人口暴露在由火灾烟雾造成的恶劣空气环境中。除此之外，加拿大广袤的永久冻土中封存了大量有机碳。此次事件势必对永久冻土的冻融和碳存储造成严重影响。然而，野火导致的永久冻土退化的潜在风险往往被忽视。

图源：央视新闻客户端

“野火失控年”

2023年加拿大与冻土区

燃烧纪录被全面改写

南大团队利用中等分辨率成像光谱仪（MODIS）的卫星野火观测数据，发现2023年加拿大野火燃烧面积高达13.02 Mha，超过历史（2001-2022年）平均水平12个标准差之多（图1）。自观测记录以来，2023年是唯一一次加拿大东西部同时出现极端野火现象的年份，燃烧面积分别达到4.70 Mha和8.32 Mha，分别超过历史平均水平750%和573%。

其中，魁北克省受灾最为严重，野火燃烧面积达4.23 Mha，其次为西北地区（2.77 Mha）、阿尔伯塔省（2.29 Mha）和不列颠哥伦比亚省（2.18 Mha）。

另外，加拿大永久冻土区也经历了前所未有的极端野火，岛状和零星永久冻土区燃烧面积分别达到了4.56 Mha和4.86 Mha，均创历史新高。更令人担忧的是，在高纬度的连续永久冻土带，火灾面积超过历史平均水平的6倍以上，揭示出高纬度碳库面临日益严峻的燃烧风险。

图1 南大团队基于遥感数据分析2023年加拿大和永久冻土区破纪录的野火规模。

极端气候竟是操盘手

南大团队揪出野火的“潜在帮凶”

在上述研究的基础上，南大团队进一步分析了此次极端野火背后的主要气候驱动因子。

研究发现，2023年加拿大经历了破纪录的极端高温和干旱。整个火灾季节（5月至9月）平均气温（T）较历史同期高出2.64℃，其中5月增温幅度高达4.48℃。与此同时，降水（PRE）出现异常亏缺，火灾季节累计降水量较历史平均水平减少73.3毫米，导致加拿大出现持续的异常干旱。

极端的高温和降水亏缺诱发了极端大气干旱（VPD和RH）以及土壤干旱（SM），加剧了植被水分胁迫（CWD），使得可燃物含水率下降，易燃性大幅提升（图2）。

图2 2023年加拿大的极端高温和干旱条件。因子包括气温（T）、降水（PRE）、饱和水汽压差（VPD）、相对湿度（RH）、表层土壤水（SM）和气候水分亏缺（CWD）。

此外，南大团队利用机器学习算法分析了各气候因子的相对重要性，结果表明，异常的降水亏缺和加剧的大气干旱是主导2023年加拿大极端野火的关键因素（图3），堪称此次野火背后的“气候推手”。

图3 基于机器学习算法分析因子重要性以及各因子对野火的偏依赖关系。

守护冻土的未来

亟待评估火后“余温”

加拿大的极端野火势必对永久冻土造成严重而深远的影响。野火可显著改变地表和土壤的热力条件，诱发永久冻土退化，主要表现为活动层升温和增厚，以及热熔湖塘的扩张。此外，野火通过改变地表反照率、蒸散发和雪盖，影响地表能量平衡，进而导致地表升温与热量向深层土壤的传导。野火还会破坏覆盖在地表的土壤有机层，而有机层具有减缓永久冻土受气候变暖影响的绝缘作用。

另外，永久冻土是一个巨大的碳库，存储着远超北方森林生物量的有机碳。野火直接燃烧植被生物量，释放大量碳至大气中，加剧气候变暖，并通过促进冻土退化进一步加剧碳-气候正反馈作用。随着永久冻土融化，封存其中的碳将以二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）等形式释放到大气中，而这一过程可能在野火后持续多年乃至数十年。

然而，由于存在诸多不确定性因素，量化野火后永久冻土退化对碳-气候的影响极具挑战性。研究团队指出，未来需综合运用实地测量、卫星遥感观测和陆面模型等手段，全面评估野火对永久冻土的长期影响。

研究成果以“Increased Atmospheric Aridity and Reduced Precipitation Drive the 2023 Extreme Wildfire Season in Canada”为题，近期发表于地学权威期刊Geophysical Research Letters（https://doi.org/10.1029/2024GL114492）上。

我校博士研究生赖耕科为文章第一作者，张永光教授为文章通讯作者。该工作受到青年科学基金项目（A）的支持。

精彩荐读

点击图片阅读：

一图读懂 → 中国共产党南京大学第十二次党员代表大会报告！

点击图片阅读：

南京大学召开国际化工作推进大会

点击图片阅读：

倒计时8天！2025中外院士前沿科技论坛抢先看

原标题：《加拿大野火肆虐！南大团队揪出野火“幕后推手”》

阅读原文