Nature | 森林火灾规模放大火后陆地表面变暖效应

近年来，受气候变暖影响，北半球温带和寒带森林火灾日益频繁，且火灾规模呈显著上升趋势。统计数据显示，加拿大、美国和澳大利亚的平均森林火灾面积在过去几十年中翻倍甚至三倍扩张。大火过后的森林，是否只留下碳排放和满目疮痍？本研究聚焦于一个更少被讨论但更具气候意义的议题——火灾规模是否会放大其后陆地表面的变暖效应？

本研究以北半球温带与寒带森林（40°N–70°N）为研究对象，基于2003–2016年的多源卫星遥感数据，系统探讨了火灾规模对火后陆地表面温度变化的影响。研究团队整合了MODIS卫星产品中的地表温度、反照率、植被指数（LAI）、蒸散发（ET）和火灾辐射强度（FRP）等数据，并采用空间-时间差分法对比火灾发生前后的地表能量平衡变化，揭示了一个关键事实：越大的森林火灾，其后的地表升温效应越强，且持续时间可达十余年。

研究显示，火灾规模每扩大一倍，次年夏季火灾区域的地表温度平均增加约0.13℃，占区域平均升温的22%。这一放大效应主要源于两方面机制：

1. 直接规模效应（Direct Size Effect）：大型火灾形成更为同质的裸地景观，减少了地表粗糙度和边缘效应，使得热量更难以通过湍流耗散，从而放大局地升温。

2. 火行为共变效应（Fire Behaviour Effect）：较大的火灾往往伴随更高的燃烧强度、更长的持续时间和更强的冠层破坏，导致表面反照率下降、植被蒸散发减弱、潜热通量减少，从而增强感热效应与地表热量积累。

此外，不同森林类型对这种放大效应的响应存在显著差异。针叶林（ENF, DNF）区域火灾后的地表升温最为显著，混交林（MF）次之，而阔叶林（DBF）则几乎不显著。这与不同林型的火行为差异及再生能力密切相关。研究发现，增加阔叶树种比例可有效减缓火灾后的变暖趋势，为“气候智慧型林业管理”提供了可行路径。

在全球变暖背景下，火灾规模还将继续上升。论文指出，较大的火灾不仅加剧局地升温，还会波及周边未燃区域，提升区域干旱和热浪风险，甚至加速多年冻土退化、改变森林类型组成，形成新的气候-火灾反馈环。因此，本文强调未来森林管理不应仅限于防控火情本身，而应纳入火灾规模的气候反馈风险评估。例如，在易燃针叶林区设置阔叶林“防火带”，或在火后恢复中优先引入火抗性强的阔叶树种，以减缓气候变暖引发的大火风险循环。

主要图示

图1 | 火灾后夏季地表温度变化及其随火灾规模放大的效应。a、2003–2016年年度烧失面积。b、一年后夏季（6月–8月）地表温度变化（ΔT）。c、d、通过线性回归模型（ΔT = α + βΔT × log₁₀[火灾规模]) 得到的回归斜率βΔT和R²值。实心圆点表示回归结果在局部显著（P < 0.05）。e、森林类型组成的空间分布，颜色透明度表示森林面积占土地面积的比例。f、区域平均夏季火灾后ΔT（紫色，所有年份在α = 0.05下显著大于零），以及全域范围内的βΔT值（橙色，所有年份均显著，P < 0.05）。所有地图均为2°空间分辨率，浅灰色背景表示北半球温带和寒带森林（40°N–70°N，地面覆盖度>10%）。

图2 | 火灾规模对火后地表生物物理变化的放大效应。a–d 展示了火灾发生一年后，夏季地表反照率（Δα）、生态系统蒸散发（ΔET）、叶面积指数（ΔLAI）和森林死亡率随火灾规模变化的关系，使用回归模型 y = α + β × log₁₀[火灾规模] 拟合。实心点表示结果在局部统计显著（P < 0.05），并通过FDR多重检验，空心点仅通过局部检验。结果显示：火灾越大，地表变暗（反照率降低）、植被减少（LAI下降）、蒸散变弱和森林死亡率越高。

图3 | 不同森林类型对火灾后地表变化的脆弱性及火灾规模放大效应。图中展示了夏季火灾后地表温度升高的主要生物物理驱动因素。a、e 显示不同森林类型在火灾后叶面积指数（ΔLAI）和地表温度（ΔT）的平均变化，代表其对火的脆弱性。b–d、f 为多元回归分析结果，揭示火灾规模对不同林型在ΔLAI、蒸散（ΔET）、反照率（Δα）和地表变暖（ΔT）上的放大效应（β值）。

图4 | 火灾规模扩大对未来气候与火活动的潜在影响。a 示意相同面积被多起小火或一起大火烧毁时，生态响应的差异（以寒带针叶林为例）；b–e 展示火灾规模增加如何影响 CO₂ 排放（b）、地表生物物理过程（c）、火后植被再生（d）及区域至全球气候反馈环（e）。

本公众号学术论文解析仅用于学习交流，不代表任何官方立场。学术论文的解析是基于我们对相关领域的理解和研究，不构成专业的学术建议或决策依据。文中涉及到的论文版权归属原作者和出版机构。我们仅在合法范围内进行解析和分享，如有侵权行为，请及时联系我们进行处理。