浅谈气候变化与火干扰

郑宏，王英博

(黑龙江省森林防火预警监测信息中心，黑龙江 哈尔滨 150090)

浅谈气候变化与火干扰

郑宏，王英博

(黑龙江省森林防火预警监测信息中心，黑龙江 哈尔滨 150090)

全球气候变化与火干扰之间存在着相互作用的关系，气候变化直接作用于森林可燃物和林火环境，从而影响森林火灾发生的强度和频率。而在森林火灾过程中释放的大量气体和颗粒物质也会对气候变化产生一定的影响。本文初步阐述了火干扰使可燃物燃烧所释放的物质对大气化学性质的影响及其生态效应，并讨论了在全球气候变化背景下如何进行火源管理。

火干扰；痕量气体；气体排放量；气候变化

全球气候变化有其自身的规律[1]，世界气象组织在2015年发布的研究报告中指出，过去的十年是地球历史上最热的十年[2]，2015年以来全球平均气温超过了20世纪气温平均值0.85 ℃。目前，全球气候变暖仍然在持续，高温、干旱、大风等极端天气继续呈现增多的趋势[3]。近些年来，美国、加拿大、俄罗斯、希腊、印度尼西亚、巴西、澳大利亚、西班牙等国家相继爆发了历史上罕见的森林大火。火干扰频发，使森林进入高危火险期[4]。同时，在火干扰过程中可燃物燃烧释放出大量气体和颗粒物质，这些物质又对城市空气质量、大气化学组成、大气光化学反应以及植物物候节律等都具有重要的影响[5]。

1 可燃物燃烧对大气化学性质的影响

林火及计划火烧对空气的主要污染是向空气中释放烟尘颗粒，烟尘颗粒物质可以形成大气中重要的云凝结核。

森林火灾过程中释放的烟雾成分主要包括CO2和H2O，另外还有一些CO、碳氢化合物、硫化物、氮氧化物以及微粒物质等。燃烧过程中释放出大量的含碳气体对地球碳循环具有直接的影响。生物质燃烧释放出碳的过程也是陆地生态系统中碳的损失过程，作为碳源的产生增加了温室效应[6]。

生物质燃烧过程中释放的气体和颗粒，增加了大气对流层中臭氧以及其他温室气体(如水汽、二氧化碳、氧化亚氮、甲烷等)的浓度[7]。森林火灾引起的大气化学性质的变化同时也影响着地气之间的能量传输，进而对全球的热辐射平衡产生影响[8]。

CO2的增多有增温作用，大气中CO2的浓度变化与气候变化具有很强的相关性，绿色植物光合作用的主要原料是CO2浓度，当CO2的浓度升高，植物的光合作用势必会产生影响[9]。迄今为止，由于森林火灾而产生的CO2对生产力影响的研究还没有定性结论。一些研究表明[10]，当大气CO2的浓度升高，植被对CO2的吸收将会增加，植被水分蒸散将减少，生态系统生产力会得到提高。

可燃物燃烧释放的甲烷、一氧化碳和其他碳氢化合物等活性气体在对流层经过复杂的光化学反应可以产生大量的臭氧，从而导致臭氧这种污染气体的浓度在短期内突然升高[11]，臭氧是光化学烟雾的主要成分，是城市污染的主要有害物质之一。

硫化物是空气污染的主要成分之一，空气中硫化物的存在是产生酸雨的主要原因。空气中含有大量的氮气，一氧化氮是燃烧释放的主要含氮活性气体之一[12]。生态系统中氮输入的主要过程之一就是含氮降水，但是当降水的酸性超过一定值时就会危害植物健康，降低生态系统的生产力水平[13]。近些年来，一氧化氮经过化学反应产生的硝酸是增长最快的酸雨成分，酸雨现象不仅使森林大片死亡，对人类及建筑物的危害也越来越严重。

2 火干扰释放气体的估算

森林火灾包括两个主要过程：火灾过程(即可燃物的燃烧过程)和火灾后生态系统的恢复过程。林火是生态系统干扰因子，火干扰与生态系统平衡有很大的关系，既具有短期的、直接的影响，也具有长期的、间接的影响。从大尺度时间上来看，火干扰的间接影响所造成的碳损失要大于直接影响所造成的碳损失[14]。

火灾过程中气体排放量的估测具有很多不确定性，用来估算的方法中包含了对火灾面积、植被类型、燃烧速率、可燃物载量、可燃物消耗量等的估测，计算其中的每一个变量都存在着不完整的数据和假设，每种不同的模型的建立以及所运用的方法、遥感卫星资料的收集等都存在着差异[15]。目前，模型中的各个参数主要通过小范围的控制实验以及经验才能够确定，在一定条件限制内进行尺度扩展后才能应用于大尺度的研究。但是，各个参数都具有很强的时空差异性。使得各参数不能均一的运用在较大的范围内，这就导致了火干扰释放的气体排量的估算存在很多不确定性[16]。综上所述，火灾过程中气体的排放是一个受多重时空要素影响最后集成的结果。在进行含碳痕量气体排放估算时，要综合考虑其所有的时空影响因子[17]。

3 全球气候变化背景下的火源管理

在全球气候变化的背景下，森林火灾发生的强度和频率将会增大，全球碳平衡过程将受到更加强烈的干扰，生态系统生产力将受到更加严重的影响，大气中CO2的含量也随之升高。

日益严峻的火险形势对森林火源管理提出了更高的要求。森林火灾预防是林火管理的重要组成部分[18]。

目前，火源管理的方式主要分为两种：预防和计划烧除[19]。通过各种林火管理措施，减少森林火灾的发生和降低森林火灾造成的损失。

首先，成功的预防措施可以有效地延长火灾轮回周期，增加有机物质的积累，减少由于可燃物燃烧而释放的痕量气体[20]。

其次，随着全球气候变暖，极端气候年份的不断出现，长期高强度的防火措施，使得一些地区的火险等级、火灾强度、火灾频率不断升高，对人力物力需求不断增大。根据物候节律变化，掌握植物生长规律，通过观察总结，控制性火烧成为一种新的林火管理方式。通过人为点火去除地表积累的可燃物，减少林下灌木层的高度，降低火险等级。合理地利用控制性火烧不仅可以有效地防止高强度火干扰的发生，减少含碳气体的排放量，而且能够有效地提高生态系统的生产力，对于陆地生态系统碳增汇和控制大气中温室气体的浓度具有积极意义。

最后，通过包括森林防火行政管理、林火预测预报、林火监测、林火通讯和林火阻隔等手段降低火灾发生、降低火灾强度、减少干扰影响，是有效的管理方式。

4 结论与讨论

灾害往往不是单一的，常引发其他灾害，使灾害更加复杂化和多样化，增加诸多不确定性。大量的科学研究已经表明，气候变化与火干扰之间存在着紧密的内在联系，气候变化可以引起火势的改变。气候变化所引起的温暖、干燥的天气以及雷电数量的增加会导致火干扰数量的增多。而且随着人口数量的不断增加，人类活动对火势影响日益加强，气候仍然是火势变化的主导因素。

全球气候变化会影响森林生物量的累计速率，改变可燃物的供给。气温升高，植被蒸发的增大，使得地表物质含水量不断降低，易燃性不断升高。全球气温、降雨格局的改变使得干旱、强风和自然火源等火灾性天气的出现频率增加。

火干扰所引起的大气化学性质的改变，也对生态系统生产力产生重要的作用。了解干扰环境下生态系统生产力的变化对评价火干扰对大气痕量气体浓度以及气候变化的影响都具有重要意义。针对气候变化背景下森林火灾呈现出的新特点，如火险期延长、火灾发生区域扩大、火天气恶劣、火势猛烈、扑救难度增大等，强化各级防火部门对森林火灾扑救预案的修订和完善，积极提升森林火灾预防和应急处置能力。

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1005-5215(2017)02-0093-02

2017-01-22

郑宏(1970-)，女，黑龙江哈尔滨人，高级工程师，现从事森林防火研究.

P467

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.02.035