鄭宏,王英博
(黑龍江省森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)信息中心,黑龍江 哈爾濱 150090)
淺談氣候變化與火干擾
鄭宏,王英博
(黑龍江省森林防火預(yù)警監(jiān)測(cè)信息中心,黑龍江 哈爾濱 150090)
全球氣候變化與火干擾之間存在著相互作用的關(guān)系,氣候變化直接作用于森林可燃物和林火環(huán)境,從而影響森林火災(zāi)發(fā)生的強(qiáng)度和頻率。而在森林火災(zāi)過(guò)程中釋放的大量氣體和顆粒物質(zhì)也會(huì)對(duì)氣候變化產(chǎn)生一定的影響。本文初步闡述了火干擾使可燃物燃燒所釋放的物質(zhì)對(duì)大氣化學(xué)性質(zhì)的影響及其生態(tài)效應(yīng),并討論了在全球氣候變化背景下如何進(jìn)行火源管理。
火干擾;痕量氣體;氣體排放量;氣候變化
全球氣候變化有其自身的規(guī)律[1],世界氣象組織在2015年發(fā)布的研究報(bào)告中指出,過(guò)去的十年是地球歷史上最熱的十年[2],2015年以來(lái)全球平均氣溫超過(guò)了20世紀(jì)氣溫平均值0.85 ℃。目前,全球氣候變暖仍然在持續(xù),高溫、干旱、大風(fēng)等極端天氣繼續(xù)呈現(xiàn)增多的趨勢(shì)[3]。近些年來(lái),美國(guó)、加拿大、俄羅斯、希臘、印度尼西亞、巴西、澳大利亞、西班牙等國(guó)家相繼爆發(fā)了歷史上罕見(jiàn)的森林大火?;鸶蓴_頻發(fā),使森林進(jìn)入高?;痣U(xiǎn)期[4]。同時(shí),在火干擾過(guò)程中可燃物燃燒釋放出大量氣體和顆粒物質(zhì),這些物質(zhì)又對(duì)城市空氣質(zhì)量、大氣化學(xué)組成、大氣光化學(xué)反應(yīng)以及植物物候節(jié)律等都具有重要的影響[5]。
林火及計(jì)劃火燒對(duì)空氣的主要污染是向空氣中釋放煙塵顆粒,煙塵顆粒物質(zhì)可以形成大氣中重要的云凝結(jié)核。
森林火災(zāi)過(guò)程中釋放的煙霧成分主要包括CO2和H2O,另外還有一些CO、碳?xì)浠衔?、硫化物、氮氧化物以及微粒物質(zhì)等。燃燒過(guò)程中釋放出大量的含碳?xì)怏w對(duì)地球碳循環(huán)具有直接的影響。生物質(zhì)燃燒釋放出碳的過(guò)程也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳的損失過(guò)程,作為碳源的產(chǎn)生增加了溫室效應(yīng)[6]。
生物質(zhì)燃燒過(guò)程中釋放的氣體和顆粒,增加了大氣對(duì)流層中臭氧以及其他溫室氣體(如水汽、二氧化碳、氧化亞氮、甲烷等)的濃度[7]。森林火災(zāi)引起的大氣化學(xué)性質(zhì)的變化同時(shí)也影響著地氣之間的能量傳輸,進(jìn)而對(duì)全球的熱輻射平衡產(chǎn)生影響[8]。
CO2的增多有增溫作用,大氣中CO2的濃度變化與氣候變化具有很強(qiáng)的相關(guān)性,綠色植物光合作用的主要原料是CO2濃度,當(dāng)CO2的濃度升高,植物的光合作用勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生影響[9]。迄今為止,由于森林火災(zāi)而產(chǎn)生的CO2對(duì)生產(chǎn)力影響的研究還沒(méi)有定性結(jié)論。一些研究表明[10],當(dāng)大氣CO2的濃度升高,植被對(duì)CO2的吸收將會(huì)增加,植被水分蒸散將減少,生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力會(huì)得到提高。
可燃物燃燒釋放的甲烷、一氧化碳和其他碳?xì)浠衔锏然钚詺怏w在對(duì)流層經(jīng)過(guò)復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)可以產(chǎn)生大量的臭氧,從而導(dǎo)致臭氧這種污染氣體的濃度在短期內(nèi)突然升高[11],臭氧是光化學(xué)煙霧的主要成分,是城市污染的主要有害物質(zhì)之一。
硫化物是空氣污染的主要成分之一,空氣中硫化物的存在是產(chǎn)生酸雨的主要原因。空氣中含有大量的氮?dú)?,一氧化氮是燃燒釋放的主要含氮活性氣體之一[12]。生態(tài)系統(tǒng)中氮輸入的主要過(guò)程之一就是含氮降水,但是當(dāng)降水的酸性超過(guò)一定值時(shí)就會(huì)危害植物健康,降低生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力水平[13]。近些年來(lái),一氧化氮經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的硝酸是增長(zhǎng)最快的酸雨成分,酸雨現(xiàn)象不僅使森林大片死亡,對(duì)人類及建筑物的危害也越來(lái)越嚴(yán)重。
森林火災(zāi)包括兩個(gè)主要過(guò)程:火災(zāi)過(guò)程(即可燃物的燃燒過(guò)程)和火災(zāi)后生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)過(guò)程。林火是生態(tài)系統(tǒng)干擾因子,火干擾與生態(tài)系統(tǒng)平衡有很大的關(guān)系,既具有短期的、直接的影響,也具有長(zhǎng)期的、間接的影響。從大尺度時(shí)間上來(lái)看,火干擾的間接影響所造成的碳損失要大于直接影響所造成的碳損失[14]。
火災(zāi)過(guò)程中氣體排放量的估測(cè)具有很多不確定性,用來(lái)估算的方法中包含了對(duì)火災(zāi)面積、植被類型、燃燒速率、可燃物載量、可燃物消耗量等的估測(cè),計(jì)算其中的每一個(gè)變量都存在著不完整的數(shù)據(jù)和假設(shè),每種不同的模型的建立以及所運(yùn)用的方法、遙感衛(wèi)星資料的收集等都存在著差異[15]。目前,模型中的各個(gè)參數(shù)主要通過(guò)小范圍的控制實(shí)驗(yàn)以及經(jīng)驗(yàn)才能夠確定,在一定條件限制內(nèi)進(jìn)行尺度擴(kuò)展后才能應(yīng)用于大尺度的研究。但是,各個(gè)參數(shù)都具有很強(qiáng)的時(shí)空差異性。使得各參數(shù)不能均一的運(yùn)用在較大的范圍內(nèi),這就導(dǎo)致了火干擾釋放的氣體排量的估算存在很多不確定性[16]。綜上所述,火災(zāi)過(guò)程中氣體的排放是一個(gè)受多重時(shí)空要素影響最后集成的結(jié)果。在進(jìn)行含碳痕量氣體排放估算時(shí),要綜合考慮其所有的時(shí)空影響因子[17]。
在全球氣候變化的背景下,森林火災(zāi)發(fā)生的強(qiáng)度和頻率將會(huì)增大,全球碳平衡過(guò)程將受到更加強(qiáng)烈的干擾,生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力將受到更加嚴(yán)重的影響,大氣中CO2的含量也隨之升高。
日益嚴(yán)峻的火險(xiǎn)形勢(shì)對(duì)森林火源管理提出了更高的要求。森林火災(zāi)預(yù)防是林火管理的重要組成部分[18]。
目前,火源管理的方式主要分為兩種:預(yù)防和計(jì)劃燒除[19]。通過(guò)各種林火管理措施,減少森林火災(zāi)的發(fā)生和降低森林火災(zāi)造成的損失。
首先,成功的預(yù)防措施可以有效地延長(zhǎng)火災(zāi)輪回周期,增加有機(jī)物質(zhì)的積累,減少由于可燃物燃燒而釋放的痕量氣體[20]。
其次,隨著全球氣候變暖,極端氣候年份的不斷出現(xiàn),長(zhǎng)期高強(qiáng)度的防火措施,使得一些地區(qū)的火險(xiǎn)等級(jí)、火災(zāi)強(qiáng)度、火災(zāi)頻率不斷升高,對(duì)人力物力需求不斷增大。根據(jù)物候節(jié)律變化,掌握植物生長(zhǎng)規(guī)律,通過(guò)觀察總結(jié),控制性火燒成為一種新的林火管理方式。通過(guò)人為點(diǎn)火去除地表積累的可燃物,減少林下灌木層的高度,降低火險(xiǎn)等級(jí)。合理地利用控制性火燒不僅可以有效地防止高強(qiáng)度火干擾的發(fā)生,減少含碳?xì)怏w的排放量,而且能夠有效地提高生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力,對(duì)于陸地生態(tài)系統(tǒng)碳增匯和控制大氣中溫室氣體的濃度具有積極意義。
最后,通過(guò)包括森林防火行政管理、林火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、林火監(jiān)測(cè)、林火通訊和林火阻隔等手段降低火災(zāi)發(fā)生、降低火災(zāi)強(qiáng)度、減少干擾影響,是有效的管理方式。
災(zāi)害往往不是單一的,常引發(fā)其他災(zāi)害,使災(zāi)害更加復(fù)雜化和多樣化,增加諸多不確定性。大量的科學(xué)研究已經(jīng)表明,氣候變化與火干擾之間存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系,氣候變化可以引起火勢(shì)的改變。氣候變化所引起的溫暖、干燥的天氣以及雷電數(shù)量的增加會(huì)導(dǎo)致火干擾數(shù)量的增多。而且隨著人口數(shù)量的不斷增加,人類活動(dòng)對(duì)火勢(shì)影響日益加強(qiáng),氣候仍然是火勢(shì)變化的主導(dǎo)因素。
全球氣候變化會(huì)影響森林生物量的累計(jì)速率,改變可燃物的供給。氣溫升高,植被蒸發(fā)的增大,使得地表物質(zhì)含水量不斷降低,易燃性不斷升高。全球氣溫、降雨格局的改變使得干旱、強(qiáng)風(fēng)和自然火源等火災(zāi)性天氣的出現(xiàn)頻率增加。
火干擾所引起的大氣化學(xué)性質(zhì)的改變,也對(duì)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力產(chǎn)生重要的作用。了解干擾環(huán)境下生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的變化對(duì)評(píng)價(jià)火干擾對(duì)大氣痕量氣體濃度以及氣候變化的影響都具有重要意義。針對(duì)氣候變化背景下森林火災(zāi)呈現(xiàn)出的新特點(diǎn),如火險(xiǎn)期延長(zhǎng)、火災(zāi)發(fā)生區(qū)域擴(kuò)大、火天氣惡劣、火勢(shì)猛烈、撲救難度增大等,強(qiáng)化各級(jí)防火部門對(duì)森林火災(zāi)撲救預(yù)案的修訂和完善,積極提升森林火災(zāi)預(yù)防和應(yīng)急處置能力。
[1] 馮貴霞.中國(guó)大氣污染防治政策變遷的邏輯——基于政策網(wǎng)絡(luò)的視角[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2016
[2] 張煥波.全球應(yīng)對(duì)氣候變化政策趨勢(shì)與分析[C]//任廣武.國(guó)際經(jīng)濟(jì)分析與展望.北京:社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社,2016
[3] 梁琳.全球氣候變化將帶來(lái)毀滅性災(zāi)難[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì):中文版,2016,32(1):2-5
[4] 邸雪穎,劉暢,孫建,等.森林火災(zāi)損失評(píng)估技術(shù)研究[J].森林工程,2015(2):42-45
[5] 呂愛(ài)鋒,田漢勤.氣候變化、火干擾與生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2007,31(2):242-251
[6] 呂愛(ài)鋒,田漢勤,劉永強(qiáng).火干擾與生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005,25(10):2734-2743
[7] 吳澗,蔣維楣,陳新梅,等.生物質(zhì)燃燒對(duì)東南亞及中國(guó)南方對(duì)流層臭氧含量影響的模擬研究[J].環(huán)境科學(xué),2004,25(2):1-6
[8] 殷長(zhǎng)秦.中國(guó)地區(qū)二次有機(jī)氣溶膠的生成機(jī)制及氣候效應(yīng)研究[D].南京大學(xué),2015
[9] 何平.溫室效應(yīng)與植物光合作用——大氣CO2濃度升高對(duì)植物光合機(jī)理影響的分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2001,21(1):1-4[10] 趙德華.陸地碳平衡對(duì)大氣CO2升高的響應(yīng)及其機(jī)制[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2008,17(5):2096-2102
[11] Jack Fishman, Fred M.Vukovich, 張?jiān)茦s,郭陸軍.天氣尺度臭氧光化學(xué)與全球?qū)α鲗映粞跏罩J].氣象科技,1986(6):58-63
[12] 黃波,陳暢.一氧化氮的功能及其作用機(jī)制(I)——性質(zhì)與功能[J].生物物理學(xué)報(bào),2012,28(3):173-184
[13] 呂超群,田漢勤,黃耀.陸地生態(tài)系統(tǒng)氮沉降增加的生態(tài)效應(yīng)[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2007,31(2):205-218
[14] 武超,羅夏琴,劉春延,等.不同強(qiáng)度火干擾對(duì)興安落葉松林可燃物載量的影響[J].森林工程,2013,29(5):24-28
[15] 莊亞輝,曹美秋,王效科,等.中國(guó)地區(qū)生物質(zhì)燃燒釋放的含碳痕量氣體[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),1998(4):337-343
[16] 王效科,莊亞輝,馮宗煒.森林火災(zāi)釋放的含碳溫室氣體量的估算[J].環(huán)境科學(xué)進(jìn)展,1998,6(4):1-15
[17] 田曉瑞,舒立福.計(jì)劃燒除的應(yīng)用玉研究[J].世界林業(yè)研究,1998,11(專集):93-99
[18] 王革華.我國(guó)生物質(zhì)能利用展望[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),1999,15(4):19-22
[19] 高仲亮.森林可燃物計(jì)劃燒除生態(tài)調(diào)控基礎(chǔ)研究[D].北京:中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院,2015
[20] 魏書精.黑龍江省森林火災(zāi)碳排放定量評(píng)價(jià)方法研究[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué),2013
1005-5215(2017)02-0093-02
2017-01-22
鄭宏(1970-),女,黑龍江哈爾濱人,高級(jí)工程師,現(xiàn)從事森林防火研究.
P467
A
10.13601/j.issn.1005-5215.2017.02.035