“做少而精的科研,致力于每項(xiàng)工作都有創(chuàng)新!贝蜷_青年科學(xué)家岳超在西北農(nóng)林科技大學(xué)“植被動態(tài)與地表過程”研究組的網(wǎng)站,這句占據(jù)網(wǎng)站首頁“C位”的表述中,“少、精、創(chuàng)新”是關(guān)鍵詞。
9月25日,岳超帶領(lǐng)團(tuán)隊在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)雜志在線發(fā)表最新研究成果,首次從林火規(guī)模這一獨(dú)特視角,揭示了極端大火對生態(tài)系統(tǒng)破壞性、林火碳排放和地表氣候反饋的放大效應(yīng),并對可能存在的“氣候變暖-極端大火頻發(fā)-氣候變得更暖-更多極端大火”惡性循環(huán)提出了警示,該研究為全面和深入認(rèn)識林火對地球系統(tǒng)和氣候過程的影響開辟了新視角。
換個“頻道”看問題,他的靈感來源于哪里?研究過程中有哪些不為人知的故事?火光背后有哪些新的發(fā)現(xiàn)?“科研歸根到底還是要靠idea(想法)”是岳超給出的答案,而他“死磕”10年的研究也確實(shí)“很有想法”。
“林火,在我國被稱為森林火災(zāi),但‘森林野火’是一種更加科學(xué)和中性的說法。”岳超告訴記者,這是因?yàn)閷芏嗌稚鷳B(tài)系統(tǒng)而言,火其實(shí)不完全是一種災(zāi)害,而是生態(tài)系統(tǒng)自然過程的一個有機(jī)組成部分。
“所謂‘野火’,主要是強(qiáng)調(diào)火發(fā)生的場所為空曠的野外,它是和室內(nèi)用火——比如家庭做飯用火相對應(yīng)的一個概念”。極端森林大火則是指在較長時期干旱無雨的條件下,火勢蔓延迅速且難以控制,燃燒時間長(有時甚至可達(dá)數(shù)月),導(dǎo)致過火面積巨大的森林野火事件。
全球變暖是人類社會可持續(xù)發(fā)展所面臨的前所未有的重大挑戰(zhàn)。越來越多的研究表明,全球變暖已經(jīng)導(dǎo)致更多的森林野火,同時也使得極端林火天氣呈現(xiàn)頻發(fā)、廣發(fā)、強(qiáng)發(fā)的趨勢。
岳超在博士時期攻讀的是氣象、海洋與環(huán)境物理學(xué)學(xué)位,從事的第一個研究工作就是在地球系統(tǒng)模式的陸地過程模型中,開發(fā)模擬森林野火的計算機(jī)模塊。目前,岳超團(tuán)隊正在應(yīng)用該模型評估中國森林碳吸收潛力和火災(zāi)風(fēng)險。
2014年,岳超完成了博士期間的第二篇論文,發(fā)現(xiàn)盡管模型可以較好地模擬總過火面積以及林火排放的二氧化碳,卻大大低估了單次林火事件的大小。此后,他發(fā)現(xiàn)很多野火模型無法準(zhǔn)確模擬林火事件的大小。因此,一個疑問縈繞在他的腦海:模型僅僅模擬總過火面積就夠了嗎?還是需要更精確地刻畫林火次數(shù)以及單次火的面積?換言之:在單位面積上,大火和小火對氣候的影響是不是一樣的?
2018年,岳超完成博士后研究工作,來到西北農(nóng)林科技大學(xué)繼續(xù)從事林草碳匯和野火風(fēng)險相關(guān)研究。
他和博士生趙杰在數(shù)年的研究中發(fā)現(xiàn),大火和小火對氣候的影響并不一樣。面對龐大的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜的分析任務(wù),團(tuán)隊夜以繼日地工作,認(rèn)真檢查每行代碼,確保每一個細(xì)節(jié)都經(jīng)得起推敲。
論文的正文只有2500余字,論文補(bǔ)充材料卻多達(dá)20頁,四輪審稿意見和回復(fù)更是長達(dá)99頁!拔覀冄芯苛吮卑肭蛑懈呔暥鹊貐^(qū)近9萬場面積大于1平方千米的森林野火!壁w杰說,為了在提取林火導(dǎo)致的生物物理量變化時去除氣候波動的影響,每一場火的變量都需要經(jīng)過多種計算,整個項(xiàng)目可能需要數(shù)百億次基礎(chǔ)運(yùn)算。面對龐大的數(shù)據(jù)分析工作,課題組成員王嘉銘和李光耀也各自發(fā)揮編程特長,將運(yùn)算效率大大提升。
龐大的數(shù)據(jù)經(jīng)過審慎的分析,轉(zhuǎn)化為令人信服的科學(xué)證據(jù),也為這項(xiàng)“死磕”10年的研究交出了滿意的答卷。
團(tuán)隊發(fā)現(xiàn),氣候變暖已經(jīng)造成極端大火更加頻繁,導(dǎo)致單次森林野火事件的持續(xù)時間更長、燃燒面積更大——由于地廣人稀,在加拿大、美國和澳大利亞,單次林火事件的面積在最近幾十年里翻倍甚至增長3倍。北緯40度以北的溫帶和寒帶森林中,就單位過火面積而言,極端大火具有更高的燃燒強(qiáng)度,燃燒過程釋放更多的二氧化碳,火后樹木死亡率更高,火后夏季地表溫度升溫幅度更大。并且,極端大火對夏季地表升溫的放大效應(yīng)可以持續(xù)數(shù)十年之久。
此外,極端大火導(dǎo)致的地表升溫還可能影響火后森林順利更新及其樹種組成,并強(qiáng)化凍土層的退化,加速凍土有機(jī)碳的釋放。這些過程意味著極端大火很可能加劇全球變暖,反過來導(dǎo)致更多的極端大火,從而造成惡性循環(huán)。
那么,如何減緩極端大火帶來的氣候風(fēng)險?除了積極防火以外,岳超團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn),火后夏季地表升溫及其隨火災(zāi)規(guī)模的放大效應(yīng),隨著闊葉樹比例的增加而降低,這與闊葉樹種相比針葉樹種具有較低的火災(zāi)脆弱性相一致。因此,適當(dāng)增加闊葉樹的比例,可以減緩極端大火帶來的氣候風(fēng)險,這是一種基于自然的氣候變化和火災(zāi)的減緩方案。
團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn),得益于我國大量的防滅火投入和有效的防火策略,我國森林野火的總過火面積和單次林火事件大小在過去60年里均大幅下降:與1953年-1987年相比,1988年-2021年年均總過火面積和單次林火事件大小分別減少了92.5%和80.7%。
盡管如此,未來的氣候變暖仍然對我國森林防火構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。岳超表示:“通過這項(xiàng)研究,我們闡明了極端大火的生態(tài)和氣候影響,揭示了全球變暖背景下防控極端大火氣候風(fēng)險的緊迫性,從而有助于提高我們預(yù)測未來氣候變化以及極端大火對全球變暖響應(yīng)的能力!
“科學(xué)研究的起點(diǎn)是強(qiáng)烈的好奇心,但其過程卻要求堅忍不拔,不輕易放棄!痹莱偸沁@樣告訴自己的學(xué)生?茖W(xué)家最大的挑戰(zhàn)在于科學(xué)敏銳度——通過已有的科學(xué)文獻(xiàn),結(jié)合對現(xiàn)實(shí)問題的關(guān)注,發(fā)現(xiàn)具有重大影響的科學(xué)問題,是科學(xué)家的一個核心競爭力。