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2021年09月26日 郑博团队构建基于卫星遥感的碳排放反演技术揭示全球野火碳排放变化驱动力 来源: 清华大学深圳研究生院


野火是全球碳循环的重要组成部分,每年向大气中释放约2GtC。野火过后植被重新生长,可以将燃烧过程释放的碳再次吸收,但如果野火侵入了泥炭地、森林等富含碳、具有较强碳汇功能的生态系统,并导致泥炭地大火、毁林、森林退化等严重自然灾害,不仅使野火燃烧过程释放的碳难以被完全吸收,还会阻碍生态系统的迅速恢复与重建,削弱陆地生态系统的碳汇能力。及时、准确追踪量化全球野火排放的时空变化特征,尤其在不同类型生态系统间的动态演进与驱动机制,对于准确评估全球碳收支具有重要科学意义,同时对于增强应对和适应气候变化能力、制定和落实气候变化减缓与适应策略具有政策意义。

近日,清华大学深圳国际研究生院环境与生态研究院郑博团队创新性地构建了基于一氧化碳卫星遥感反演野火二氧化碳排放的新技术方法,解析了2000-2019年全球野火二氧化碳排放时空变化趋势及驱动力,结合燃烧面积、土地利用、植被覆盖变化等多源卫星遥感数据,揭示出全球野火碳排放没有随全球燃烧面积快速下降的主要原因是森林野火排放的持续增加。本研究结果可为未来构建基于多源卫星遥感的全球碳收支监测与反演技术体系提供重要支撑。

本研究建立了耦合一氧化碳卫星遥感观测、大气组分源汇反演系统、野火燃烧效率与多组分排放因子数据库的野火碳排放反演技术方法,基于野火一氧化碳排放反演结果模拟燃烧效率时空分布,基于实测排放因子数据重构二氧化碳排放与燃烧效率的定量关系,进而实现对野火二氧化碳排放的反演。本研究首次基于一氧化碳卫星遥感观测定量了全球过去20年间野火二氧化碳排放的时空变化趋势。反演结果发现,2000-2019年全球野火二氧化碳年均排放量为1.8 GtC yr1,排放变化速率为−0.5 ±0.8% yr1(95%置信区间),排放下降速率显著慢于卫星遥感观测到的全球燃烧面积下降(−1.6 ±0.4% yr1),这表明全球野火单位燃烧面积的平均碳排放强度在逐年升高(0.9 ±0.9% yr1)。

 

 

图1. 基于卫星遥感反演的近20年全球野火一氧化碳与二氧化碳排放量

 

研究表明,全球野火燃烧面积的大幅下降主要发生在以草为主导(grass-dominated)的陆地植被区域,然而在以树(tree-dominated)为主导的陆地植被区域内燃烧面积有增加趋势。由树主导的陆地植被区域虽然仅占全球野火燃烧面积的5%,却贡献了野火二氧化碳排放的18%,因为树在单位燃烧面积上生物量和含碳量更高。虽然增加的森林野火燃烧面积少于减少的草原野火燃烧面积,但仍基本抵消了由草原野火减少导致的二氧化碳排放量下降,使近20年来全球野火二氧化碳排放量基本持平。森林生态系统与草原生态系统相比在野火后恢复更慢,森林野火如进一步导致毁林与森林退化,生态系统功能则在短期内难以恢复和重建,对陆地生产力和碳汇产生长期不利影响。近年来全球野火燃烧面积持续下降,但由野火带来的气候风险并没有随之减轻,增加的森林野火对气候系统仍具有显著威胁,因此仍需关注不同生态系统尤其是森林生态系统野火及其气候环境影响。

 


图2. 不同陆地植被区域燃烧面积、碳排放量与单位燃烧面积碳排放强度

 

9月24日,相关研究成果以研究论文(Research Article)形式在线发表于《科学进展》(Science Advances),论文题目为“全球燃烧面积下降背景下持续增加的森林野火排放”(Increasing forest fire emissions despite the decline in global burned area)。清华大学深圳国际研究生院环境与生态研究院郑博助理教授为论文第一作者兼通讯作者,清华大学深圳国际研究生院为第一单位。法国环境与气候科学实验室菲利普·西亚斯(Philippe Ciais)和弗雷德里克·谢瓦利埃(Frederic Chevallier)研究员、西班牙阿尔卡拉大学艾米利奧·丘维科夫(Emilio Chuvieco)教授、美国加州大学欧文分校陈阳(Yang Chen)研究员、德国马克斯·普朗克生物地球化学研究所杨卉(Hui Yang)博士等5名科学家为论文合作者。该研究得到了清华大学深圳国际研究生院科研启动经费和国家自然科学基金委创新研究群体项目的支持。

 

论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh2646

 

文、图:郑博

编辑:陈誉之