淺談氣候變化與火干擾

鄭宏，王英博

(黑龍江省森林防火預警監(jiān)測信息中心，黑龍江 哈爾濱 150090)

淺談氣候變化與火干擾

鄭宏，王英博

(黑龍江省森林防火預警監(jiān)測信息中心，黑龍江 哈爾濱 150090)

全球氣候變化與火干擾之間存在著相互作用的關系，氣候變化直接作用于森林可燃物和林火環(huán)境，從而影響森林火災發(fā)生的強度和頻率。而在森林火災過程中釋放的大量氣體和顆粒物質也會對氣候變化產(chǎn)生一定的影響。本文初步闡述了火干擾使可燃物燃燒所釋放的物質對大氣化學性質的影響及其生態(tài)效應，并討論了在全球氣候變化背景下如何進行火源管理。

火干擾；痕量氣體；氣體排放量；氣候變化

全球氣候變化有其自身的規(guī)律[1]，世界氣象組織在2015年發(fā)布的研究報告中指出，過去的十年是地球歷史上最熱的十年[2]，2015年以來全球平均氣溫超過了20世紀氣溫平均值0.85 ℃。目前，全球氣候變暖仍然在持續(xù)，高溫、干旱、大風等極端天氣繼續(xù)呈現(xiàn)增多的趨勢[3]。近些年來，美國、加拿大、俄羅斯、希臘、印度尼西亞、巴西、澳大利亞、西班牙等國家相繼爆發(fā)了歷史上罕見的森林大火?；鸶蓴_頻發(fā)，使森林進入高?；痣U期[4]。同時，在火干擾過程中可燃物燃燒釋放出大量氣體和顆粒物質，這些物質又對城市空氣質量、大氣化學組成、大氣光化學反應以及植物物候節(jié)律等都具有重要的影響[5]。

1 可燃物燃燒對大氣化學性質的影響

林火及計劃火燒對空氣的主要污染是向空氣中釋放煙塵顆粒，煙塵顆粒物質可以形成大氣中重要的云凝結核。

森林火災過程中釋放的煙霧成分主要包括CO2和H2O，另外還有一些CO、碳氫化合物、硫化物、氮氧化物以及微粒物質等。燃燒過程中釋放出大量的含碳氣體對地球碳循環(huán)具有直接的影響。生物質燃燒釋放出碳的過程也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳的損失過程，作為碳源的產(chǎn)生增加了溫室效應[6]。

生物質燃燒過程中釋放的氣體和顆粒，增加了大氣對流層中臭氧以及其他溫室氣體(如水汽、二氧化碳、氧化亞氮、甲烷等)的濃度[7]。森林火災引起的大氣化學性質的變化同時也影響著地氣之間的能量傳輸，進而對全球的熱輻射平衡產(chǎn)生影響[8]。

CO2的增多有增溫作用，大氣中CO2的濃度變化與氣候變化具有很強的相關性，綠色植物光合作用的主要原料是CO2濃度，當CO2的濃度升高，植物的光合作用勢必會產(chǎn)生影響[9]。迄今為止，由于森林火災而產(chǎn)生的CO2對生產(chǎn)力影響的研究還沒有定性結論。一些研究表明[10]，當大氣CO2的濃度升高，植被對CO2的吸收將會增加，植被水分蒸散將減少，生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力會得到提高。

可燃物燃燒釋放的甲烷、一氧化碳和其他碳氫化合物等活性氣體在對流層經(jīng)過復雜的光化學反應可以產(chǎn)生大量的臭氧，從而導致臭氧這種污染氣體的濃度在短期內突然升高[11]，臭氧是光化學煙霧的主要成分，是城市污染的主要有害物質之一。

硫化物是空氣污染的主要成分之一，空氣中硫化物的存在是產(chǎn)生酸雨的主要原因?？諝庵泻写罅康牡獨猓谎趸侨紵尫诺闹饕钚詺怏w之一[12]。生態(tài)系統(tǒng)中氮輸入的主要過程之一就是含氮降水，但是當降水的酸性超過一定值時就會危害植物健康，降低生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力水平[13]。近些年來，一氧化氮經(jīng)過化學反應產(chǎn)生的硝酸是增長最快的酸雨成分，酸雨現(xiàn)象不僅使森林大片死亡，對人類及建筑物的危害也越來越嚴重。

2 火干擾釋放氣體的估算

森林火災包括兩個主要過程：火災過程(即可燃物的燃燒過程)和火災后生態(tài)系統(tǒng)的恢復過程。林火是生態(tài)系統(tǒng)干擾因子，火干擾與生態(tài)系統(tǒng)平衡有很大的關系，既具有短期的、直接的影響，也具有長期的、間接的影響。從大尺度時間上來看，火干擾的間接影響所造成的碳損失要大于直接影響所造成的碳損失[14]。

火災過程中氣體排放量的估測具有很多不確定性，用來估算的方法中包含了對火災面積、植被類型、燃燒速率、可燃物載量、可燃物消耗量等的估測，計算其中的每一個變量都存在著不完整的數(shù)據(jù)和假設，每種不同的模型的建立以及所運用的方法、遙感衛(wèi)星資料的收集等都存在著差異[15]。目前，模型中的各個參數(shù)主要通過小范圍的控制實驗以及經(jīng)驗才能夠確定，在一定條件限制內進行尺度擴展后才能應用于大尺度的研究。但是，各個參數(shù)都具有很強的時空差異性。使得各參數(shù)不能均一的運用在較大的范圍內，這就導致了火干擾釋放的氣體排量的估算存在很多不確定性[16]。綜上所述，火災過程中氣體的排放是一個受多重時空要素影響最后集成的結果。在進行含碳痕量氣體排放估算時，要綜合考慮其所有的時空影響因子[17]。

3 全球氣候變化背景下的火源管理

在全球氣候變化的背景下，森林火災發(fā)生的強度和頻率將會增大，全球碳平衡過程將受到更加強烈的干擾，生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力將受到更加嚴重的影響，大氣中CO2的含量也隨之升高。

日益嚴峻的火險形勢對森林火源管理提出了更高的要求。森林火災預防是林火管理的重要組成部分[18]。

目前，火源管理的方式主要分為兩種：預防和計劃燒除[19]。通過各種林火管理措施，減少森林火災的發(fā)生和降低森林火災造成的損失。

首先，成功的預防措施可以有效地延長火災輪回周期，增加有機物質的積累，減少由于可燃物燃燒而釋放的痕量氣體[20]。

其次，隨著全球氣候變暖，極端氣候年份的不斷出現(xiàn)，長期高強度的防火措施，使得一些地區(qū)的火險等級、火災強度、火災頻率不斷升高，對人力物力需求不斷增大。根據(jù)物候節(jié)律變化，掌握植物生長規(guī)律，通過觀察總結，控制性火燒成為一種新的林火管理方式。通過人為點火去除地表積累的可燃物，減少林下灌木層的高度，降低火險等級。合理地利用控制性火燒不僅可以有效地防止高強度火干擾的發(fā)生，減少含碳氣體的排放量，而且能夠有效地提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，對于陸地生態(tài)系統(tǒng)碳增匯和控制大氣中溫室氣體的濃度具有積極意義。

最后，通過包括森林防火行政管理、林火預測預報、林火監(jiān)測、林火通訊和林火阻隔等手段降低火災發(fā)生、降低火災強度、減少干擾影響，是有效的管理方式。

4 結論與討論

災害往往不是單一的，常引發(fā)其他災害，使災害更加復雜化和多樣化，增加諸多不確定性。大量的科學研究已經(jīng)表明，氣候變化與火干擾之間存在著緊密的內在聯(lián)系，氣候變化可以引起火勢的改變。氣候變化所引起的溫暖、干燥的天氣以及雷電數(shù)量的增加會導致火干擾數(shù)量的增多。而且隨著人口數(shù)量的不斷增加，人類活動對火勢影響日益加強，氣候仍然是火勢變化的主導因素。

全球氣候變化會影響森林生物量的累計速率，改變可燃物的供給。氣溫升高，植被蒸發(fā)的增大，使得地表物質含水量不斷降低，易燃性不斷升高。全球氣溫、降雨格局的改變使得干旱、強風和自然火源等火災性天氣的出現(xiàn)頻率增加。

火干擾所引起的大氣化學性質的改變，也對生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力產(chǎn)生重要的作用。了解干擾環(huán)境下生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的變化對評價火干擾對大氣痕量氣體濃度以及氣候變化的影響都具有重要意義。針對氣候變化背景下森林火災呈現(xiàn)出的新特點，如火險期延長、火災發(fā)生區(qū)域擴大、火天氣惡劣、火勢猛烈、撲救難度增大等，強化各級防火部門對森林火災撲救預案的修訂和完善，積極提升森林火災預防和應急處置能力。

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1005-5215(2017)02-0093-02

2017-01-22

鄭宏(1970-)，女，黑龍江哈爾濱人，高級工程師，現(xiàn)從事森林防火研究.

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A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.02.035