火灾（或野火）是陆地生态系统重要的气候驱动干扰因子，同时也受到人类活动的影响（例如人为火源或灭火）。火灾释放的二氧化碳的时空变化影响全球碳循环并对气候系统产生反馈作用。然而，我们对未来火灾活动的变化究竟会加剧还是减缓气候变化知之甚少。以往研究表明，火灾-碳循环（植被）-气候耦合系统中涉及到两类反馈：一方面，气候变暖可能加剧未来火灾的发生，火灾向大气中释放更多的二氧化碳，从而加剧全球变暖，形成火灾-碳循环-气候间的正反馈；另一方面，由于人类活动的影响（例如农田扩张、城市化等），近期全球火灾呈下降趋势，而减少的火灾一定程度上会通过增加陆地碳汇来减缓全球变暖的趋势，形成负反馈过程。这两种相反的反馈机制在陆地生态系统中同时存在并呈现显著的区域差异，其净影响可能随着未来气候和人类活动的变化而发生改变。因此，在研究火灾变化所导致的全球气候-碳循环的反馈作用时，需同时考虑以上两类反馈机制。

近日，清华大学地球系统科学系（以下简称地学系）访问副教授谢尔盖（Sergey Venevsky）和课题组博士毕业生、耶鲁大学博士后武超（现为犹他大学博士后）联合中、英、美、德和南非等国研究人员，利用集成了34个地球系统模式的气候-火灾-碳循环耦合模型，定量分析了历史和未来火灾动态变化对全球气候-碳循环的反馈作用。研究成果以“人类活动所导致的全球火灾减少通过增加陆地碳汇减缓全球变暖”（Reduced global fire activity due to human demography slows global warming by enhanced land carbon uptake）为题，在线发表于国际顶级杂志《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）。

该研究基于谢尔盖课题组2021年发表于《细胞》（Cell）姊妹刊《一个地球》（One Earth）（https://doi.org/10.1016/j.oneear.2021.03.002）的研究框架，原模型得到了重新改进及校正。通过大量的全球尺度耦合模型模拟，将包含动态火灾过程的“标准”模拟试验与假想的全球“恒定”火和“无火”的模拟结果进行对比，并对其气候和人类活动所产生的火灾预估不确定性进行了定量分析。研究发现，与工业革命前全球火灾分布格局相比，由于人类活动的影响，全球历史火灾呈现下降趋势。另外，很多未来情景预估火灾将继续减少。模型模拟结果表明，全球未来减少的火灾可能通过增加陆地碳汇而在一定程度上减缓全球变暖。到本世纪末减缓幅度最大为0.11摄氏度，相当于抵消当前5至10年全球人为二氧化碳排放量。同时，研究团队还发现，动态的火灾所导致的全球相对冷却效应在未来低排放情景下更为明显。

图1：动态火灾所导致的大气二氧化碳含量（A，B)及全球平均温度（C，D)的变化。E和F：全球平均温差对火灾碳排放变化引起的大气二氧化碳浓度差异的敏感性。

该研究强调人类活动（火源和灭火）与气候因素对火灾的影响同样重要，仅考虑气候变化对火灾的影响很可能无法全面预估未来火灾的动态变化。研究指出，火灾减少虽然有利于增加碳汇，但在制定未来保障人类福祉的政策时，也应考虑火灾减少的负面影响，包括火灾依赖生态系统（例如非洲热带稀树草原）中的生物多样性丧失以及局地重特大火灾发生风险的增加。研究强调，因火灾活动减少带来的任何碳汇收益不应替代其他应对气候变化的行动，基于自然的气候解决方案（包括火灾管理）不能替代减排来减缓全球变暖。

清华大学地学系2019届博士毕业生、耶鲁大学博士后（现为犹他大学博士后）武超为论文第一和通讯作者，英国埃克塞特大学生命与环境科学学院斯蒂芬·西奇（Stephen Sitch）教授、丽娜·梅尔卡多（Lina Mercado）副教授、英国生态与水文中心克里斯·亨廷福德（Chris Huntingford）教授，地学系访问副教授谢尔盖·维涅夫斯基（Sergey Venevsky），德国森肯伯格生物多样性和气候研究中心吉塔·拉斯洛普（Gitta Lasslop）博士、南非金山大学动物、植物与环境科学学院萨莉·阿奇博尔德（Sally Archibald）教授以及美国耶鲁大学生态与进化生物学系卡拉·斯塔弗（Carla Staver）副教授等为论文合作作者。该研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

全文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2101186119

供稿：武超

编辑：王佳音

审核：罗勇 张强