清華新聞網(wǎng)9月11日電 氣候變化背景下大規(guī)模極端野火事件頻繁發(fā)生，對(duì)全球碳循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)、空氣質(zhì)量及公眾健康產(chǎn)生巨大影響。準(zhǔn)確、及時(shí)評(píng)估極端野火事件導(dǎo)致的空氣污染及健康風(fēng)險(xiǎn)對(duì)提升野火監(jiān)測(cè)預(yù)警能力和保護(hù)人群健康均具有重要科學(xué)意義。野火煙霧可隨氣流傳輸產(chǎn)生長(zhǎng)距離影響，但受方法和數(shù)據(jù)限制，過(guò)往研究多聚焦野火事件對(duì)某一特定地區(qū)空氣污染的影響，對(duì)大規(guī)模野火事件產(chǎn)生的全球范圍空氣污染與健康風(fēng)險(xiǎn)缺乏有效評(píng)估手段。
針對(duì)這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“地學(xué)系”）張強(qiáng)課題組聯(lián)合國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)，基于長(zhǎng)期積累，在自主研發(fā)的大氣成分近實(shí)時(shí)追蹤技術(shù)平臺(tái)（TAP平臺(tái)）基礎(chǔ)上，構(gòu)建了多源數(shù)據(jù)融合的全球野火PM2.5污染近實(shí)時(shí)反演技術(shù)和數(shù)據(jù)產(chǎn)品，量化了野火煙霧長(zhǎng)距離傳輸?shù)娜蛴绊?，揭示?023年加拿大極端野火對(duì)全球人群PM2.5暴露水平的貢獻(xiàn)及健康風(fēng)險(xiǎn)。
研究首先利用全球高時(shí)空分辨率野火排放清單驅(qū)動(dòng)大氣化學(xué)模式GEOS-Chem，獲得野火排放對(duì)全球PM2.5日均濃度的相對(duì)貢獻(xiàn)。同時(shí)融合多套地面觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)、再分析資料、衛(wèi)星遙感觀(guān)測(cè)和野火排放清單，基于隨機(jī)森林算法、合成少數(shù)類(lèi)過(guò)采樣技術(shù)和殘差校正模型構(gòu)建三層機(jī)器學(xué)習(xí)模型，建立了全球PM2.5日均濃度反演方法。進(jìn)一步通過(guò)業(yè)務(wù)化數(shù)據(jù)預(yù)處理、在線(xiàn)數(shù)值模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)模型滾動(dòng)訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全球10公里分辨率日均PM2.5濃度和野火PM2.5濃度的同步近實(shí)時(shí)反演，并利用GEOS-Chem模式敏感性實(shí)驗(yàn)量化了2023年加拿大極端野火對(duì)全球PM2.5濃度的貢獻(xiàn)。研究構(gòu)建的全球野火PM2.5濃度近實(shí)時(shí)反演數(shù)據(jù)產(chǎn)品通過(guò)TAP平臺(tái)公開(kāi)共享（http://tapdata.org.cn），包括全球2023年至今10公里分辨率逐日PM2.5濃度及野火PM2.5濃度數(shù)據(jù)，時(shí)間滯后約3天（圖1）。
圖1.TAP平臺(tái)提供的全球野火PM2.5濃度近實(shí)時(shí)反演數(shù)據(jù)
研究發(fā)現(xiàn)，2023年加拿大極端野火導(dǎo)致全球人群年均PM2.5暴露水平增加0.17微克每立方米，影響范圍主要集中在北美和歐洲地區(qū)，對(duì)其他地區(qū)影響較小且不具統(tǒng)計(jì)顯著性。在北美，野火煙霧覆蓋了除落基山脈以西之外的大部分地區(qū)（圖2）。野火污染導(dǎo)致加拿大和美國(guó)人群年均PM2.5暴露水平分別增加3.83微克每立方米和1.49微克每立方米，分別占當(dāng)年P(guān)M2.5總暴露水平的40%和17%。美國(guó)有1.87億人口遭受的加拿大野火PM2.5污染暴露超過(guò)1微克每立方米，其中落基山脈地區(qū)、中西部地區(qū)、俄亥俄河谷地區(qū)和東北地區(qū)是受影響最大的區(qū)域。2023年6月期間，在加拿大東部沿海地區(qū)上空低壓系統(tǒng)與其西側(cè)高壓脊共同作用下，加拿大東部的野火煙霧長(zhǎng)距離輸送到美國(guó)東部人口稠密地區(qū)，導(dǎo)致美國(guó)出現(xiàn)兩次大范圍嚴(yán)重空氣污染事件，事件期間美國(guó)人均PM2.5暴露水平單日最高超過(guò)30微克每立方米（圖3）。同時(shí)，在西風(fēng)氣流推動(dòng)下，加拿大野火煙霧在2023年多次跨越北大西洋傳輸至歐洲地區(qū)。研究結(jié)果顯示，2023年加拿大野火導(dǎo)致歐洲人群年均PM2.5暴露水平增加0.41微克每立方米。
圖2. 2023年加拿大極端野火導(dǎo)致的年均PM2.5污染暴露
圖3.2023年加拿大、美國(guó)和歐洲地區(qū)人群逐日PM2.5污染暴露水平及來(lái)源
為評(píng)估2023年加拿大極端野火事件的健康影響，研究將日均PM2.5濃度高于15微克每立方米（世界衛(wèi)生組織指導(dǎo)值）且加拿大野火貢獻(xiàn)在50%以上的天數(shù)定義為“加拿大野火污染日”。在這一標(biāo)準(zhǔn)下，2023年全球共有3.54億人經(jīng)受了一天以上的加拿大野火污染，其中加拿大人均約27天暴露在其本地野火污染之中，而美國(guó)人均經(jīng)受了約14天的加拿大野火污染傳輸暴露?；谖廴颈┞秳┝宽憫?yīng)關(guān)系估算，北美地區(qū)的5400例急性過(guò)早死亡以及北美和歐洲地區(qū)的6.43萬(wàn)例慢性過(guò)早死亡可歸因于2023年加拿大極端野火事件導(dǎo)致的PM2.5暴露。
研究成果提升了全球野火空氣污染暴露及健康風(fēng)險(xiǎn)的表征與評(píng)估能力，構(gòu)建的全球野火PM2.5濃度近實(shí)時(shí)反演技術(shù)方法和數(shù)據(jù)集可為進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究提供科學(xué)工具和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。研究揭示了極端野火事件對(duì)全球空氣污染和人群健康的巨大影響，近年來(lái)北半球中高緯度地區(qū)野火頻率和強(qiáng)度持續(xù)增加，成果為深入認(rèn)識(shí)極端野火事件的環(huán)境健康效應(yīng)提供了關(guān)鍵科學(xué)證據(jù)。
研究成果以“2023年加拿大野火PM2.5長(zhǎng)距離污染及健康影響”（Long-range PM2.5pollution and health impacts from the 2023 Canadian wildfires）為題，于9月10日在線(xiàn)發(fā)表于《自然》（Nature）。該研究是團(tuán)隊(duì)繼2023年在《科學(xué)》（Science）上發(fā)表北半球中高緯地區(qū)野火碳排放變化及驅(qū)動(dòng)力解析成果之后，又一項(xiàng)在全球極端野火排放與氣候環(huán)境效應(yīng)方面的重要成果。
清華大學(xué)地學(xué)系教授張強(qiáng)、地學(xué)系2022級(jí)博士生王玥璇子、環(huán)境學(xué)院助理研究員肖清揚(yáng)為論文共同第一作者；張強(qiáng)為論文通訊作者。論文合作者包括清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院副研究員耿冠楠、工程師劉曉東、博士畢業(yè)生劉家峻、賀克斌院士，美國(guó)斯坦福大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系教授史蒂文·戴維斯（Steven Davis），清華大學(xué)地學(xué)系2022級(jí)博士生楊晉、2023級(jí)博士生何長(zhǎng)沛、副教授黃文譽(yù)，北京師范大學(xué)地表過(guò)程與水土風(fēng)沙災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室羅彬禾博士，美國(guó)華盛頓圣路易斯大學(xué)能源環(huán)境與化學(xué)工程系教授蘭德?tīng)枴ゑR丁（Randall Martin），加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)人口與公共衛(wèi)生學(xué)院教授邁克爾·布勞爾（Michael Brauer）和美國(guó)加州大學(xué)歐文分校地球系統(tǒng)科學(xué)系教授詹姆斯·蘭德森（James Randerson）。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體（A類(lèi)）項(xiàng)目、青年科學(xué)基金（B類(lèi)）項(xiàng)目以及新基石科學(xué)基金會(huì)科學(xué)探索獎(jiǎng)的資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09482-1
供稿：地學(xué)系
編輯：李華山
審核：郭玲
