清華新聞網(wǎng)9月19日電 野火（wildfires），即自然條件下發(fā)生的森林、草原、灌木火災(zāi)等，是地球環(huán)境的重要干擾因子。野火事件排放大量溫室氣體和大氣污染物，對(duì)氣候變化和公共健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。而在氣候變化背景下，全球野火發(fā)生的頻率、強(qiáng)度和時(shí)空范圍均呈增加趨勢(shì)。野火煙霧中的細(xì)顆粒物（PM?.?）具有較高毒性，野火污染暴露與人群過(guò)早死亡風(fēng)險(xiǎn)之間存在顯著關(guān)聯(lián)。然而，當(dāng)前對(duì)全球野火排放未來(lái)變化趨勢(shì)、健康影響及氣候效應(yīng)的科學(xué)認(rèn)識(shí)仍存在較大不確定性，成為野火風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)的重要制約因素。
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院鄭博副教授課題組與地球系統(tǒng)科學(xué)系張強(qiáng)教授課題組合作聚焦這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)，在前期構(gòu)建的全球野火排放與環(huán)境健康效應(yīng)評(píng)估方法學(xué)框架基礎(chǔ)上，研發(fā)了基于機(jī)器學(xué)習(xí)模型的野火排放預(yù)測(cè)技術(shù)，并融合多源遙感觀(guān)測(cè)、再分析資料與地球系統(tǒng)模式模擬數(shù)據(jù)，引入時(shí)空動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)因子表征野火發(fā)生發(fā)展過(guò)程的多維反饋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)未來(lái)不同氣候情景下野火發(fā)生發(fā)展與排放的模擬和歸因分析；進(jìn)一步結(jié)合大氣化學(xué)傳輸模型和健康效應(yīng)模型，揭示了氣候變化背景下未來(lái)全球野火排放的健康和氣候效應(yīng)。
圖1.野火排放的歷史變化、未來(lái)預(yù)測(cè)及其對(duì)PM?.?健康效應(yīng)和直接輻射強(qiáng)迫的影響
研究發(fā)現(xiàn)，隨著氣候變暖與干旱加劇，未來(lái)全球野火活動(dòng)將顯著增強(qiáng)。在中等排放情景（SSP2-4.5）下，到本世紀(jì)末，全球野火碳排放與當(dāng)前水平相比預(yù)計(jì)增加約23%，全球每年約有140萬(wàn)例過(guò)早死亡可歸因于野火煙霧PM?.?暴露，為當(dāng)前水平的6倍（圖1）。全球變暖不僅加劇野火污染健康風(fēng)險(xiǎn)，也改變了其在不同區(qū)域和經(jīng)濟(jì)體之間的分布特征。欠發(fā)達(dá)地區(qū)在全球未來(lái)野火健康負(fù)擔(dān)中的占比仍然巨大，然而在全球高升溫情景（SSP5-8.5）下，未來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家地區(qū)野火活動(dòng)大幅增多，在人口老齡化趨勢(shì)下，其野火健康風(fēng)險(xiǎn)在全球的占比將明顯提升，影響了野火PM?.?暴露健康風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域差異化格局（圖2）。
圖2.不同地區(qū)野火PM2.5健康效應(yīng)及其全球分布格局（歷史與未來(lái)情景對(duì)比）
研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，盡管未來(lái)野火排放增加將導(dǎo)致全球尺度野火氣溶膠直接輻射強(qiáng)迫的冷卻效應(yīng)增強(qiáng)，但在北極地區(qū)，這一冷卻效應(yīng)到本世紀(jì)末將減弱約0.06 W/m2（SSP2-4.5情景下），對(duì)未來(lái)極地變暖產(chǎn)生潛在推動(dòng)作用（圖1）。尤為值得注意的是，雖然野火氣溶膠的冷卻效應(yīng)可在一定程度上緩解局地變暖趨勢(shì)，但野火產(chǎn)生的溫室氣體排放以及對(duì)森林碳匯功能的破壞都將加劇氣候變暖。野火-氣候變化之間的多維度影響與反饋機(jī)制凸顯了野火管控的復(fù)雜性和緊迫性。
該研究拓展了人工智能技術(shù)在野火氣候環(huán)境效應(yīng)評(píng)估中的應(yīng)用，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的全球野火排放與氣候環(huán)境效應(yīng)評(píng)估框架可為進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究提供科學(xué)工具。團(tuán)隊(duì)在這一方向的系列研究成果為深入理解氣候變化、野火風(fēng)險(xiǎn)與人群健康之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系提供了關(guān)鍵科學(xué)證據(jù)，啟發(fā)決策者在制定氣候變化與空氣污染應(yīng)對(duì)策略時(shí)，應(yīng)充分考慮野火這一風(fēng)險(xiǎn)因子，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)能力，推動(dòng)野火污染跨區(qū)域協(xié)同治理。
研究成果以“全球變暖加劇野火健康負(fù)擔(dān)并重塑不平等格局”（Global warming amplifies wildfire health burden and reshapes inequality）為題，以“加速預(yù)覽”文章（Accelerated Article Preview）的形式于9月18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，以及今年5月在《自然》（Nature）上發(fā)表野火污染調(diào)節(jié)大氣自由基與甲烷收支成果之后，在全球野火排放與氣候環(huán)境效應(yīng)方面的又一項(xiàng)重要成果。
鄭博和張強(qiáng)為論文共同通訊作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院博士后趙俊日（已出站，現(xiàn)為日本名古屋大學(xué)特任助理教授）為論文第一作者。論文合作者包括中國(guó)科學(xué)院外籍院士、清華大學(xué)杰出訪(fǎng)問(wèn)教授、法國(guó)環(huán)境與氣候科學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究員菲利普·西亞斯（Philippe Ciais），來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)歐文分校、奧地利國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織的多名合作研究者，以及清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院的研究生。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、“碳中和與能源智聯(lián)”項(xiàng)目以及新基石科學(xué)基金會(huì)科學(xué)探索獎(jiǎng)的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09612-9
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
