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【导语】全球变暖下野火频发，传统认知认为其会恶化空气质量，但复旦大学王勇教授团队在《科学》发表新研究，发现美国西部野火释放的热量能触发大气连锁反应，使东部PM2.5浓度下降，改写了人类对野火与大气关系的理解，还为健康风险评估、政策制定提供新依据。
全球变暖下野火频次攀升
野火会让空气质量变差？
不一定！
复旦团队最新研究发现
野火居然能缓解千里之外的
空气污染
9月12日（北京时间凌晨）
复旦大气与海洋科学系王勇教授团队相关成果
以“Fire Heat Affects the Impacts of Wildfires on Air Pollution in the United States（火释放的热量影响美国野火空气污染）”为题在Science（《科学》）期刊发表研究论文
这项前沿交叉研究突破传统野火研究的范式局限融合大气科学、生态学、公共卫生、经济学等多学科力量构建起更为系统、立体的野火研究框架
不仅改写了学界和公众对野火污染的传统认知
更有望为(wèi)气(qì)候(hou)变(biàn)化背景下的空气质量管控策略提供更精准的科学(xué)支(zhī)撑(chēng)
01打破传统认知：野火只会让空气质量变差吗？
在全球变暖的大背景下，全球野火正变得越来越活跃，特别是在美国、澳洲等地，野火的发生频率显著升高、燃烧面积扩大、持续时间延长，屡破新纪录。
作为自然气溶胶的主要排放源之一，传统观点普遍认为野火只会对空气质量产生负面影响。然而，王勇团队在一次偶然梳理极端野火期间的全球大气细颗粒物（PM2.5）监测站数据时，敏锐捕捉到一个与常识认知相悖的“反常”现象：当美国西部发生极端野火，受直接影响的西部区域PM2.5浓度会显著上升；但令人意外的是，在千里之外的东部地区，PM2.5浓度反而呈现下降趋势，且与西部增幅相当（图1）。
图1：（上）美国西部地区极端野火发生时，基于站点观测的PM2.5浓度异常；（下）地球系统模式在额外考虑火的热量后模拟结果。
这种“西升东降”的现象并非随机出现，而是与美国西部野火释放的热量峰值存在一定的时间差——西部野火最旺盛（释放热量最多）后的1至2天，东部的PM2.5浓度出现最显著的下降。为了进一步验证该现象，研究团队分析核查了多套PM2.5数据集，结果都惊人的一致。
“排除了污染控制政策等潜在干扰因素后，我们开始怀疑，除了野火释放的气溶胶，野火释放的热量会不会对空气质量产生影响？”王勇在复旦大学和清华大学的共同支持下，不断更新思想认识，提出了这一打破常规的思考。长久以来，传统研究多聚焦于野火释放的污染物本身，却普遍忽略了火最原始也最显著的特征——燃烧过程中释放的大量热量（感热和潜热）。
王勇教授
在西部地区7至9月的火季，研究团队分析发现局地野火释放的逐日热量通量最大可达约263 W/m2。如(rú)此(cǐ)庞(páng)大(dà)的(de)热(rè)量(liàng)足(zú)以(yǐ)改(gǎi)变(biàn)局(jú)部(bù)大(dà)气(qì)的(de)温(wēn)度(dù)、湿(shī)度(dù)，甚(shén)至(zhì)触(chù)发(fā)强(qiáng)对(duì)流(liú)天(tiān)气(qì)，而(ér)对(duì)流(liú)又(yòu)恰(qià)似(shì)一(yī)颗(kē)投(tóu)入(rù)湖(hú)面(miàn)的(de)“石(shí)子(zi)”，在(zài)大(dà)气(qì)这(zhè)一(yī)广(guǎng)阔(kuò)的(de)“湖(hú)面(miàn)”上(shàng)激(jī)起(qǐ)层(céng)层(céng)涟(lián)漪(yī)，进(jìn)而(ér)对(duì)千(qiān)里(lǐ)之(zhī)外(wài)的(de)天(tiān)气(qì)状(zhuàng)况(kuàng)产(chǎn)生(shēng)连(lián)锁(suǒ)影(yǐng)响(xiǎng)。
为(wèi)了(le)验(yàn)证(zhèng)“野(yě)火(huǒ)释(shì)放(fàng)的(de)热(rè)量(liàng)影(yǐng)响(xiǎng)远(yuǎn)方(fāng)空(kōng)气(qì)质(zhì)量(liàng)”的(de)核(hé)心(xīn)猜(cāi)想(xiǎng)，研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)基(jī)于(yú)地(de)球(qiú)系(xì)统(tǒng)模(mó)式(shì)，设(shè)计(jì)了(le)严(yán)谨(jǐn)的(de)大(dà)气(qì)模(mó)拟(nǐ)试(shì)验(yàn)。团(tuán)队(duì)首(shǒu)先(xiān)将(jiāng)基(jī)于(yú)观(guān)测(cè)反(fǎn)演(yǎn)的(de)火(huǒ)的(de)热(rè)量(liàng)引(yǐn)入(rù)到(dào)两(liǎng)种(zhǒng)不(bù)同(tóng)的(de)地(de)球(qiú)系(xì)统(tǒng)模(mó)式(shì)（传(chuán)统(tǒng)地(de)球(qiú)系(xì)统(tǒng)模(mó)式(shì)和(hé)对(duì)流(liú)解(jiě)析(xī)的(de)地(de)球(qiú)系(xì)统(tǒng)模(mó)式(shì)）中(zhōng)，随(suí)后(hòu)针(zhēn)对(duì)性(xìng)的(de)设(shè)置(zhì)了(le)三(sān)组(zǔ)对(duì)照(zhào)试(shì)验(yàn)，形(xíng)成(chéng)清(qīng)晰(xī)变(biàn)量(liàng)对(duì)比(bǐ)：第(dì)一(yī)组(zǔ)为(wèi)“无(wú)火(huǒ)气(qì)溶(róng)胶(jiāo)和(hé)无(wú)热(rè)量(liàng)”的(de)基(jī)础(chǔ)对(duì)照(zhào)组(zǔ)，第(dì)二(èr)组(zǔ)仅(jǐn)加(jiā)入(rù)“火(huǒ)气(qì)溶(róng)胶(jiāo)”变(biàn)量(liàng)，第(dì)三(sān)组(zǔ)则(zé)同(tóng)时(shí)纳(nà)入(rù)“火(huǒ)气(qì)溶(róng)胶(jiāo)和(hé)热(rè)量(liàng)”两(liǎng)个(gè)关键要(yào)素(sù)。试(shì)验(yàn)结(jié)果(guǒ)显(xiǎn)示(shì)，只(zhǐ)有(yǒu)同(tóng)时(shí)纳(nà)入(rù)气(qì)溶(róng)胶(jiāo)和(hé)热(rè)量(liàng)的(de)第(dì)三(sān)组(zǔ)试(shì)验(yàn)，才(cái)能(néng)准(zhǔn)确(què)模(mó)拟(nǐ)出(chū)美(měi)国(guó)西(xi)部(bù)野(yě)火(huǒ)发(fā)生(shēng)时(shí)，西(xi)部(bù)PM2.5上(shàng)升(shēng)、东(dōng)部(bù)PM2.5下(xià)降(jiàng)的(de)实(shí)际(jì)观(guān)测(cè)现(xiàn)象(xiàng)。这(zhè)说(shuō)明(míng)野(yě)火(huǒ)释(shì)放(fàng)的(de)热(rè)量(liàng)是(shì)东(dōng)部(bù)PM2.5浓(nóng)度(dù)下(xià)降(jiàng)的(de)核(hé)心(xīn)主导(dǎo)因(yīn)素(sù)。
西(xi)部(bù)野(yě)火(huǒ)释(shì)放(fàng)的(de)热(rè)量(liàng)，究(jiū)竟(jìng)如(rú)何(hé)跨(kuà)越(yuè)千(qiān)里(lǐ)影(yǐng)响(xiǎng)东(dōng)部(bù)空(kōng)气(qì)质(zhì)量(liàng)？研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)通(tōng)过(guò)追(zhuī)踪(zōng)大(dà)气(qì)环(huán)流(liú)的(de)变(biàn)化(huà)，成(chéng)功(gōng)勾(gōu)勒(lēi)出(chū)了(le)一(yī)条(tiáo)清(qīng)晰(xī)完(wán)整(zhěng)的(de)机(jī)制(zhì)作(zuò)用(yòng)链(liàn)：首(shǒu)先(xiān)，西(xi)部(bù)野(yě)火(huǒ)燃(rán)烧(shāo)释(shì)放(fàng)的(de)大(dà)量(liàng)热(rè)量(liàng)，成(chéng)为(wèi)触(chù)发(fā)局(jú)部(bù)强(qiáng)对(duì)流(liú)的(de)“引(yǐn)擎(qíng)”。其(qí)产(chǎn)生(shēng)的(de)降(jiàng)水(shuǐ)会(huì)显(xiǎn)著(zhe)消(xiāo)耗(hào)原(yuán)本(běn)向(xiàng)美(měi)国(guó)中(zhōng)部(bù)输送的水汽；水汽输送的减少直接导致了美国中部区域陷入干燥少云的状态，进而引发中部近地层气温升高与低压异常。而中部的低压异常又进一步为美国东部的气旋生成创造有利条件，并推动东风异常。因此，一方面，东部气旋异常有助于增强对流性降水，进而导致“湿清除”作用增加。同时，对流降水还可以抑制层云二次气溶胶的生成。双重作用下PM2.5浓度显著下降；另一方面，东风异常会形成一道“屏障”，有效抑制西部野火释放的气溶胶向东部扩散（图2）。至此，野火热量跨区域影响空气质量的完整路径得以明晰。
图2：考虑火的热量后，美国西部野火降低东部(bù)污(wū)染(rǎn)的(de)机(jī)理(lǐ)示(shì)意(yì)图(tú)。
对(duì)于(yú)野(yě)火(huǒ)热(rè)量(liàng)跨(kuà)区(qū)域影(yǐng)响(xiǎng)空(kōng)气(qì)质(zhì)量(liàng)的(de)复(fù)杂(zá)机(jī)制(zhì)，王(wáng)勇(yǒng)给(gěi)出(chū)了通俗生动的总结：“简单说，西部的野火热量如同推倒了第一张多米诺骨牌，它触发对流，并通过水汽凝结释放潜热对大气环流产生连锁反应，最终让东部雨多了、本地污染物少了、野火释放的气溶胶导致的污染物也不易传(chuán)输(shū)入(rù)东(dōng)部(bù)了(le)。”
02重(zhòng)算(suàn)“野(yě)火(huǒ)健(jiàn)康(kāng)经(jīng)济(jì)账(zhàng)”，为(wèi)全球(qiú)提(tí)供(gōng)健(jiàn)康(kāng)与(yǔ)政(zhèng)策(cè)启(qǐ)示(shì)
这(zhè)项研究不仅揭示了地球系统中“小区域热源-大尺度气候”的隐秘关联，更直接关乎到人类对野火影响的认知。
研究团队结合全球暴露死亡率模型（该(gāi)模(mó)型(xíng)可(kě)通(tōng)过(guò)PM2.5浓(nóng)度(dù)估(gū)算(suàn)过(guò)早(zǎo)死(sǐ)亡(wáng)人(rén)数(shù)）进(jìn)行(xíng)深(shēn)入(rù)分(fēn)析(xī)，发(fā)现(xiàn)若仅考虑野火气溶胶的影响，将会严重高估健康风险——全美因PM2.5导致的过早死亡人数会被多算约1200例；结合经济模型得出经济损失高估约33亿美元。尤其是在人口密集的东部地区，这种偏差尤为显著。
从政策制定角度来看，当前美国的空气质量管理政策（如《清洁空气法案》）、野火防控策略以及环境正义，几乎都只关注野火释放的气溶胶，却完全忽略了热量的作用。论文的共同第一作者、博士生马启涵解释道：“这会导致资源错配，例如东部可能无需为‘西部野火带来的污染’过度筹备资源。”
王勇教授（右）和博士生马启涵（左）
更值得关注的是，这种“野火热量触发的对流”，宛如一条耸入云霄的传送带，它将向对流层高层和平流层低层输送水汽和污染物，进而对全球气候产生影响。王勇表示，“当全球(qiú)气(qì)候(hou)因(yīn)之(zhī)发(fā)生(shēng)变(biàn)化(huà)后(hòu)，野(yě)火(huǒ)的(de)活(huó)动(dòng)也(yě)会(huì)随(suí)之(zhī)改(gǎi)变(biàn)。这(zhè)就(jiù)像(xiàng)一(yī)场(chǎng)自(zì)然(rán)之(zhī)间(jiān)的(de)对(duì)话(huà)，野(yě)火(huǒ)与(yǔ)气(qì)候(hou)彼(bǐ)此(cǐ)呼(hū)应(yīng)，最(zuì)终(zhōng)形(xíng)成(chéng)一(yī)个(gè)循(xún)环(huán)往(wǎng)复的反馈闭环。”
从过去“美国西部野火会加剧东部污染”的传统认知到“火释放的热量使得西部野火能降低东部污染”的颠覆，王勇团队的研究改写了人类对野火与大气关系的理解。它宛如一面镜子，清晰地(de)映(yìng)照(zhào)出(chū)了(le)地(de)球(qiú)系(xì)统(tǒng)的(de)复(fù)杂(zá)——一(yī)个(gè)小(xiǎo)区(qū)域的(de)热(rè)源(yuán)（如(rú)野(yě)火(huǒ)），竟(jìng)能(néng)通(tōng)过(guò)大(dà)气环流这一“链条”，对数千公里外的气候与环境产生影响。
“这提醒我们，地球是一个紧密相连的整体，任何局部事件都有可能在遥远的地方引发‘蝴蝶效应’。”王勇总结道。未来，随着对“火-气相互作用”机制研究的持续深入，研究团(tuán)队(duì)将进一步致力于在地球系统模式中更精准地表征“火-气相互作用”所涉及的诸多过程，为气候模拟与预估提供更科学、更精确的导航图，助力人类更好地理解和应对地球气候系统的复杂变化。
复旦大学大气与海洋科学系的王勇教授为论文通讯作者，其所指导的博士生马启涵和中国科学院地球环境研究所魏麟懿副研究员为论文共同第一作者。论文合作者包括美国Scripps海洋研(yán)究(jiū)所(suǒ)的(de)Guang J. Zhang（张(zhāng)广(guǎng)俊(jùn)）教(jiào)授(shòu)和(hé)中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)院(yuàn)大(dà)气(qì)物(wù)理(lǐ)研(yán)究(jiū)所(suǒ)的(de)王(wáng)斌(bīn)研(yán)究(jiū)员(yuán)。研(yán)究(jiū)得(de)到(dào)科(kē)技(jì)部(bù)重(zhòng)点(diǎn)研(yán)发(fā)项(xiàng)目(mù)和(hé)国家自然科学基金委资助。
作者：谢蕴 殷梦昊 编辑：公子欣