來源：上?？萍?BR> 北京時間9月12日，復(fù)旦大氣與海洋科學(xué)系王勇教授團(tuán)隊(duì)相關(guān)成果，以“Fire Heat Affects the Impacts of Wildfires on Air Pollution in the United States（火釋放的熱量影響美國野火空氣污染）”為題，在Science（《科學(xué)》）期刊發(fā)表研究論文。 這項(xiàng)前沿交叉研究突破傳統(tǒng)野火研究的范式局限，融合大氣科學(xué)、生態(tài)學(xué)、公共衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科力量，構(gòu)建起更為系統(tǒng)、立體的野火研究框架，不僅改寫了學(xué)界和公眾對野火污染的傳統(tǒng)認(rèn)知，更有望為氣候變化背景下的空氣質(zhì)量管控策略，提供更精準(zhǔn)的科學(xué)支撐。 打破傳統(tǒng)認(rèn)知：野火只會讓空氣質(zhì)量變差嗎？ 在全球變暖的大背景下，全球野火正變得越來越活躍，特別是在美國、澳洲等地，野火的發(fā)生頻率顯著升高、燃燒面積擴(kuò)大、持續(xù)時間延長，屢破新紀(jì)錄。 作為自然氣溶膠的主要排放源之一，傳統(tǒng)觀點(diǎn)普遍認(rèn)為野火只會對空氣質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。然而，王勇團(tuán)隊(duì)在一次偶然梳理極端野火期間的全球大氣細(xì)顆粒物（PM2.5）監(jiān)測站數(shù)據(jù)時，敏銳捕捉到一個與常識認(rèn)知相悖的“反?！爆F(xiàn)象：當(dāng)美國西部發(fā)生極端野火，受直接影響的西部區(qū)域PM2.5濃度會顯著上升；但令人意外的是，在千里之外的東部地區(qū)，PM2.5濃度反而呈現(xiàn)下降趨勢，且與西部增幅相當(dāng)（圖1）。 這種“西升東降”的現(xiàn)象并非隨機(jī)出現(xiàn)，而是與美國西部野火釋放的熱量峰值存在一定的時間差——西部野火最旺盛（釋放熱量最多）后的1至2天，東部的PM2.5濃度出現(xiàn)最顯著的下降。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該現(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)分析核查了多套PM2.5數(shù)據(jù)集，結(jié)果都驚人的一致。 “排除了污染控制政策等潛在干擾因素后，我們開始懷疑，除了野火釋放的氣溶膠，野火釋放的熱量會不會對空氣質(zhì)量產(chǎn)生影響？”王勇在復(fù)旦大學(xué)和清華大學(xué)的共同支持下，不斷更新思想認(rèn)識，提出了這一打破常規(guī)的思考。長久以來，傳統(tǒng)研究多聚焦于野火釋放的污染物本身，卻普遍忽略了火最原始也最顯著的特征——燃燒過程中釋放的大量熱量（感熱和潛熱）。 在西部地區(qū)7至9月的火季，研究團(tuán)隊(duì)分析發(fā)現(xiàn)局地野火釋放的逐日熱量通量最大可達(dá)約263 W/m2。如此龐大的熱量足以改變局部大氣的溫度、濕度，甚至觸發(fā)強(qiáng)對流天氣，而對流又恰似一顆投入湖面的“石子”，在大氣這一廣闊的“湖面”上激起層層漣漪，進(jìn)而對千里之外的天氣狀況產(chǎn)生連鎖影響。 為了驗(yàn)證“野火釋放的熱量影響遠(yuǎn)方空氣質(zhì)量”的核心猜想，研究團(tuán)隊(duì)基于地球系統(tǒng)模式，設(shè)計(jì)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇髿饽M試驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)首先將基于觀測反演的火的熱量引入到兩種不同的地球系統(tǒng)模式（傳統(tǒng)地球系統(tǒng)模式和對流解析的地球系統(tǒng)模式）中，隨后針對性的設(shè)置了三組對照試驗(yàn)，形成清晰變量對比：第一組為“無火氣溶膠和無熱量”的基礎(chǔ)對照組，第二組僅加入“火氣溶膠”變量，第三組則同時納入“火氣溶膠和熱量”兩個關(guān)鍵要素。試驗(yàn)結(jié)果顯示，只有同時納入氣溶膠和熱量的第三組試驗(yàn)，才能準(zhǔn)確模擬出美國西部野火發(fā)生時，西部PM2.5上升、東部PM2.5下降的實(shí)際觀測現(xiàn)象。這說明野火釋放的熱量是東部PM2.5濃度下降的核心主導(dǎo)因素。 西部野火釋放的熱量，究竟如何跨越千里影響東部空氣質(zhì)量？研究團(tuán)隊(duì)通過追蹤大氣環(huán)流的變化，成功勾勒出了一條清晰完整的機(jī)制作用鏈：首先，西部野火燃燒釋放的大量熱量，成為觸發(fā)局部強(qiáng)對流的“引擎”。其產(chǎn)生的降水會顯著消耗原本向美國中部輸送的水汽；水汽輸送的減少直接導(dǎo)致了美國中部區(qū)域陷入干燥少云的狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)中部近地層氣溫升高與低壓異常。而中部的低壓異常又進(jìn)一步為美國東部的氣旋生成創(chuàng)造有利條件，并推動?xùn)|風(fēng)異常。因此，一方面，東部氣旋異常有助于增強(qiáng)對流性降水，進(jìn)而導(dǎo)致“濕清除”作用增加。同時，對流降水還可以抑制層云二次氣溶膠的生成。雙重作用下PM2.5濃度顯著下降；另一方面，東風(fēng)異常會形成一道“屏障”，有效抑制西部野火釋放的氣溶膠向東部擴(kuò)散（圖3）。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。 對于野火熱量跨區(qū)域影響空氣質(zhì)量的復(fù)雜機(jī)制，王勇給出了通俗生動的總結(jié)：“簡單說，西部的野火熱量如同推倒了第一張多米諾骨牌，它觸發(fā)對流，并通過水汽凝結(jié)釋放潛熱對大氣環(huán)流產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，最終讓東部雨多了、本地污染物少了、野火釋放的氣溶膠導(dǎo)致的污染物也不易傳輸入東部了。” 重算“野火健康經(jīng)濟(jì)賬”，為全球提供健康與政策啟示 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)乎到人類對野火影響的認(rèn)知。 研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合全球暴露死亡率模型（該模型可通過PM2.5濃度估算過早死亡人數(shù)）進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)若僅考慮野火氣溶膠的影響，將會嚴(yán)重高估健康風(fēng)險——全美因PM2.5導(dǎo)致的過早死亡人數(shù)會被多算約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。尤其是在人口密集的東部地區(qū)，這種偏差尤為顯著。 從政策制定角度來看，當(dāng)前美國的空氣質(zhì)量管理政策（如《清潔空氣法案》）、野火防控策略以及環(huán)境正義，幾乎都只關(guān)注野火釋放的氣溶膠，卻完全忽略了熱量的作用。論文的共同第一作者、博士生馬啟涵解釋道：“這會導(dǎo)致資源錯配，例如東部可能無需為‘西部野火帶來的污染’過度籌備資源?！?/P>
更值得關(guān)注的是，這種“野火熱量觸發(fā)的對流”，宛如一條聳入云霄的傳送帶，它將向?qū)α鲗痈邔雍推搅鲗拥蛯虞斔退臀廴疚?，進(jìn)而對全球氣候產(chǎn)生影響。王勇表示，“當(dāng)全球氣候因之發(fā)生變化后，野火的活動也會隨之改變。這就像一場自然之間的對話，野火與氣候彼此呼應(yīng)，最終形成一個循環(huán)往復(fù)的反饋閉環(huán)。” 從過去“美國西部野火會加劇東部污染”的傳統(tǒng)認(rèn)知到“火釋放的熱量使得西部野火能降低東部污染”的顛覆，王勇團(tuán)隊(duì)的研究改寫了人類對野火與大氣關(guān)系的理解。它宛如一面鏡子，清晰地映照出了地球系統(tǒng)的復(fù)雜——一個小區(qū)域的熱源（如野火），竟能通過大氣環(huán)流這一“鏈條”，對數(shù)千公里外的氣候與環(huán)境產(chǎn)生影響。 “這提醒我們，地球是一個緊密相連的整體，任何局部事件都有可能在遙遠(yuǎn)的地方引發(fā)‘蝴蝶效應(yīng)’。”王勇總結(jié)道。未來，隨著對“火-氣相互作用”機(jī)制研究的持續(xù)深入，研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步致力于在地球系統(tǒng)模式中更精準(zhǔn)地表征“火-氣相互作用”所涉及的諸多過程，為氣候模擬與預(yù)估提供更科學(xué)、更精確的導(dǎo)航圖，助力人類更好地理解和應(yīng)對地球氣候系統(tǒng)的復(fù)雜變化。 復(fù)旦大學(xué)大氣與海洋科學(xué)系的王勇教授為論文通訊作者，其所指導(dǎo)的博士生馬啟涵和中國科學(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。論文合作者包括美國Scripps海洋研究所的Guang J. Zhang（張廣?。┙淌诤椭袊茖W(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)目和國家自然科學(xué)基金委資助。 論文鏈接: https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads1957