Science：地球環(huán)境所聯(lián)合揭示火熱量釋放對(duì)美國(guó)野火空氣污染的影響

氣候變暖大背景下，全球野火活動(dòng)愈加活躍，特別是在北美等地。傳統(tǒng)研究普遍強(qiáng)調(diào)，野火產(chǎn)生的氣溶膠及其遠(yuǎn)距離輸送會(huì)導(dǎo)致大范圍空氣質(zhì)量惡化。

然而，研究團(tuán)隊(duì)在梳理全球野火研究時(shí)，敏銳識(shí)別出兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：一、基于觀測(cè)事實(shí)，美國(guó)西部極端野火時(shí)，氣溶膠并未如預(yù)期般頻繁且大范圍覆蓋東部地區(qū)；二、傳統(tǒng)模式在模擬此類事件時(shí)，顯著高估了東部地區(qū)的氣溶膠濃度，與觀測(cè)相悖。這一矛盾揭示出野火氣溶膠跨區(qū)域過(guò)程的復(fù)雜性，亟需深入探究并厘清其背后的成因和機(jī)制。

中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所魏麟懿副研究員聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)、美國(guó)Scripps海洋研究所等多家單位科研人員，基于多源觀測(cè)，首先厘清并揭示：當(dāng)美國(guó)西部發(fā)生極端野火，受直接影響的西部地區(qū)PM2.5濃度會(huì)顯著上升；但在千里之外的東部地區(qū)，PM2.5濃度卻出現(xiàn)“反常”下降。

隨后，基于地球系統(tǒng)模式，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建并驗(yàn)證了機(jī)制鏈條如下：“火災(zāi)熱量—?dú)庀笠亍鐓^(qū)域空氣污染”。在將觀測(cè)反演得到的火災(zāi)熱量引入地球系統(tǒng)模式后，多源模式結(jié)果均表明：只有同時(shí)納入火釋放的氣溶膠和熱量，模式試驗(yàn)才能準(zhǔn)確模擬美國(guó)西部野火發(fā)生時(shí)，西部PM2.5上升、東部PM2.5下降”的觀測(cè)現(xiàn)象。僅納入火熱量的試驗(yàn)證實(shí)，東部PM2.5下降來(lái)自于火災(zāi)熱量的影響。

進(jìn)一步，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)追蹤大氣環(huán)流的變化，成功揭示物理機(jī)制如下：西部野火釋放的熱量觸發(fā)強(qiáng)對(duì)流，其產(chǎn)生的降水消耗了向中部輸送的水汽，導(dǎo)致美國(guó)中部干燥少云，引發(fā)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(jìn)美國(guó)東部氣旋生成，并推動(dòng)?xùn)|風(fēng)異常。因此，在東部氣旋異常增強(qiáng)對(duì)流性降水和“濕清除”、東風(fēng)異常有效抑制西部野火煙霧向東部擴(kuò)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(qū)域影響空氣質(zhì)量的完整路徑得以明晰。

此外，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合全球暴露死亡率模型，發(fā)現(xiàn)僅考慮野火氣溶膠的影響，將會(huì)高估健康風(fēng)險(xiǎn)——全美因PM2.5導(dǎo)致的過(guò)早死亡人數(shù)會(huì)被多算約1200例；結(jié)合經(jīng)濟(jì)模型得出經(jīng)濟(jì)損失高估約33億美元。

這項(xiàng)研究不僅揭示了地球系統(tǒng)中“小區(qū)域熱源-大尺度氣候”的隱秘關(guān)聯(lián)，更直接關(guān)乎到人類對(duì)野火影響的認(rèn)知偏差問(wèn)題。不僅如此，對(duì)火熱量的考量有望促進(jìn)火災(zāi)管控等方面的跨區(qū)域合作，為氣候預(yù)估提供更科學(xué)的導(dǎo)航圖，助力人類更好地理解和應(yīng)對(duì)地球氣候系統(tǒng)的復(fù)雜變化。

成果以“火釋放的熱量影響美國(guó)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(fā)表于《科學(xué)》(Science)雜志。中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)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(fù)旦大學(xué)大氣與海洋科學(xué)系的王勇教授（通訊作者）、其指導(dǎo)的博士生馬啟涵（共同第一作者）、美國(guó)Scripps海洋研究所的Guang J. Zhang（張廣俊）教授和中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所的王斌研究員。研究得到科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金資助。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads1957

考慮火熱量后，美國(guó)西部野火影響全美空氣污染和健康的機(jī)制