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氣候變暖大背景下,全球野火活動愈加活躍,特別是在北美等地。傳統研究普遍強調,野火產生的氣溶膠及其遠距離輸送會導致大范圍空氣質量惡化。
然而,研究團隊在梳理全球野火研究時,敏銳識別出兩個關鍵問題:一、基于觀測事實,美國西部極端野火時,氣溶膠并未如預期般頻繁且大范圍覆蓋東部地區;二、傳統模式在模擬此類事件時,顯著高估了東部地區的氣溶膠濃度,與觀測相悖。這一矛盾揭示出野火氣溶膠跨區域過程的復雜性,亟需深入探究并厘清其背后的成因和機制。
中國科學院地球環境研究所魏麟懿副研究員聯合復旦大學、美國Scripps海洋研究所等多家單位科研人員,基于多源觀測,首先厘清并揭示:當美國西部發生極端野火,受直接影響的西部地區PM2.5濃度會顯著上升;但在千里之外的東部地區,PM2.5濃度卻出現“反常”下降。
隨后,基于地球系統模式,研究團隊構建并驗證了機制鏈條如下:“火災熱量—氣象要素—跨區域空氣污染”。在將觀測反演得到的火災熱量引入地球系統模式后,多源模式結果均表明:只有同時納入火釋放的氣溶膠和熱量,模式試驗才能準確模擬美國西部野火發生時,西部PM2.5上升、東部PM2.5下降”的觀測現象。僅納入火熱量的試驗證實,東部PM2.5下降來自于火災熱量的影響。
進一步,研究團隊通過追蹤大氣環流的變化,成功揭示物理機制如下:西部野火釋放的熱量觸發強對流,其產生的降水消耗了向中部輸送的水汽,導致美國中部干燥少云,引發中部近地層氣溫升高與低壓異常;隨后,中部的低壓異常促進美國東部氣旋生成,并推動東風異常。因此,在東部氣旋異常增強對流性降水和“濕清除”、東風異常有效抑制西部野火煙霧向東部擴散的雙重作用下,東部PM2.5濃度顯著下降。至此,野火熱量跨區域影響空氣質量的完整路徑得以明晰。
此外,研究團隊結合全球暴露死亡率模型,發現僅考慮野火氣溶膠的影響,將會高估健康風險——全美因PM2.5導致的過早死亡人數會被多算約1200例;結合經濟模型得出經濟損失高估約33億美元。
這項研究不僅揭示了地球系統中“小區域熱源-大尺度氣候”的隱秘關聯,更直接關乎到人類對野火影響的認知偏差問題。不僅如此,對火熱量的考量有望促進火災管控等方面的跨區域合作,為氣候預估提供更科學的導航圖,助力人類更好地理解和應對地球氣候系統的復雜變化。
成果以“火釋放的熱量影響美國野火空氣污染”(Fire Heat Affects the Impacts of Wildfires on Air Pollution in the United States)為題,2025年9月12日發表于《科學》(Science)雜志。中國科學院地球環境研究所魏麟懿副研究員為論文共同第一作者。
論文合作者包括復旦大學大氣與海洋科學系的王勇教授(通訊作者)、其指導的博士生馬啟涵(共同第一作者)、美國Scripps海洋研究所的Guang J. Zhang(張廣俊)教授和中國科學院大氣物理研究所的王斌研究員。研究得到科技部重點研發項目和國家自然科學基金資助。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads1957
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考慮火熱量后,美國西部野火影響全美空氣污染和健康的機制
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