气候变化正在引发灾难性野火

Flames of an approaching forest fire are seen near the small village of Gondomil, near Valenca, Portugal March 27, 2019. REUTERS/Rafael Marchante - RC17F0775100
Wildfires can have detrimental impacts on entire ecosystems.Image: REUTERS/Rafael Marchante
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在没有多少预告、新闻报道也寥寥无几的情况下,2019年火灾季已经到来。消防人员已在几个州控制火势,包括科罗拉多州、佛罗里达州和俄克拉荷马州;而季节性预报显示,阿拉斯加、夏威夷和西海岸部分地区很可能发生严重野火。

虽然森林管理和人类开发活动增加了野火发生率和风险,气候变化加剧了大型火灾增多的趋势,并导致火灾季延长,在某些情况下,野火已成为全年现象。在美国西部,气候变化是过去35年来过火面积接近翻倍的重要驱动因素,也促使火灾发生频率和严重程度上升,同时使一些地区的火灾季延长。

火灾释放大量二氧化碳和其他温室气体进入大气,也会同时加剧气候变化的影响。

随着新一轮火灾季拉开序幕,我们再次有机会也有责任应对野火、气候变化与人类活动之间的关联,并采取措施打破这一恶性循环。

气候变化加剧火灾

气候变化正使美国西部、东南部和阿拉斯加的生态系统更易燃烧,而干旱、气温上升和飓风等气候灾害则共同增加野火风险并助长其蔓延。

干旱是自然现象。然而,如今发生高温干旱的风险更大。气温升高会使土壤和树木变干。干旱意味着进入生态系统的水减少,而气温升高意味着水分流失得更快。随着气温上升,植物每吸收单位二氧化碳所损失的水分也会增加,使干旱造成的干燥且危险的状况雪上加霜。

进入生态系统的水减少后,植物会承受水分胁迫;如果干旱持续,大量植物可能因此死亡。在极端情况下,干旱本身就能导致树木死亡。植物进行光合作用时会失水。光合作用是植物利用阳光和二氧化碳制造养分的过程;植物会张开气孔(也称气孔器)吸收二氧化碳,同时水分也会蒸发出去。

(水分流失对植物影响如此之大,以至于有些植物进化出了特殊机制来避免失水。在沙漠中,许多植物只在夜间进行气体交换,因为那时气温较低,失水风险也最低。)#CAMLife #DinnerPartyFactoid

因此,在干旱等极端水分胁迫时期,植物会关闭这些气孔,以留住仅有的水分。然而,气孔关闭时植物无法进行光合作用,于是会耗尽碳储备,真的“饿死”;这一现象称为碳饥饿。

水力失效也是干旱导致植物死亡的一种途径:木质部(输水的植物组织)中的气泡会阻断水分运输,导致植物死亡。当干旱持续时间更长、程度更严重时,发生水力失效的风险会增加。

此外,树木也可能因干旱引发的并发问题而死亡,例如虫害侵袭;健康的树木通常能够抵御这类虫害。气候变化加剧了昆虫造成的负面影响,例如加利福尼亚州的树皮甲虫。寒冷气温过去一直制约着这些昆虫的种群数量,但随着气候变化不断缩小单个生态系统经历的温度范围,这样的低温已不再出现。这些昆虫在较暖的气温下也会生长并更快繁殖,这可能进一步助长其扩散。虫害暴发及随后的树木死亡正在改变生态系统的整体组成和结构,也可能导致干燥的林地可燃物不断堆积。因此,我们可以预期,美国西部、东南部和阿拉斯加的森林中将继续充斥着干枯、随时可能燃烧的物质。

飓风会增加登陆地区的可燃物负荷

飓风登陆时,猛烈的风会吹倒大量树木。飓风登陆虽不常见,但这类自然灾害会吹倒大量树木,这些树木很容易成为野火的燃料。1989年,飓风雨果仅在南卡罗来纳州就损毁了约439万英亩林地,并引发了广泛担忧,认为可燃物负荷增加和风速加大将导致火灾风险上升。上个月,我们看到类似情况在佛罗里达州上演:飓风迈克尔吹倒的树木加剧了一场小型杂物火灾,也阻碍消防人员抵达现场并控制火势。然而,今年的风险并不局限于佛罗里达州,还威胁到美国东南部大片地区。

火灾加剧气候变化

另一方面,树木、枯死生物质和土壤燃烧会向大气中释放大量碳

。植物从大气中吸收二氧化碳并将其纳入自身组织时,碳便进入生态系统。随着时间推移,这些碳通过植物根系以及枯死植物的分解融入土壤,而土壤是陆地上最大的碳库。这些过程需要时间,碳储量逐渐累积。然而,火势席卷之处,所有这些碳都会化为烟尘。

在北方针叶林、北极苔原和泥炭地等富碳地区,火灾对气候变化的影响会进一步加剧。这些生态系统中的碳约占全球土壤有机碳的50%,相当于当前大气中二氧化碳所含碳量的两倍。这些生态系统历经数千年在土壤中积累碳,一场火灾就可能摧毁这些碳储量。

此外,火灾还会释放颗粒状黑碳,以两种方式加剧气候变化的影响。黑碳颗粒悬浮在大气中时会吸收热量,加剧地球表面变暖。这些颗粒散开并沉降在冰面或雪地上后,会降低表面反射率并融化格陵兰等地区的冰层,进一步加剧全球变暖。

两方面都因我们而恶化

由于我们长期且日益加深地依赖化石燃料,气候变化不断加剧,进而又导致灾难性野火。我们持续向大气排放温室气体,造成了上文讨论的许多气候问题。因此,我们仍在不断加剧这个由我们自己造成的问题。

除了化石燃料之外,人类还通过扑灭大多数火灾、迁入荒野地区以及干脆亲自点燃火灾加剧了野火问题。数十年来,美国联邦政府一直以全面扑火作为几乎所有美国本土相连地区的主要策略,尽管原住民的相关知识和实践早于这项政策。与住宅、餐馆和企业不同,美国的国家森林是在火的作用下演化而来的;火对种子萌发、减少竞争和维持生态系统总体健康都不可或缺。没有火灾,通常会在定期发生的火灾中烧掉的物质(树枝、原木和林下灌木)便会随着时间推移在森林中堆积,形成可燃物丰富的环境,助长这些毁灭性野火。扑火还增加了森林密度,加剧了资源竞争(尤其是在干旱期间),并使火灾更容易在森林中蔓延。

打破循环

这个恶性反馈循环——变暖引发火灾,火灾又加剧变暖,如此反复——若没有有针对性的、以科学为依据的干预,就会持续下去。

要从气候这一环打破循环,我们必须减少全球温室气体排放总量。我们可以通过多种途径实现这一目标,包括减少对化石燃料的依赖并转向更清洁的能源。我们还可以从大气中移除碳,并保护现有的大型碳储库。无论采取何种方式,要应对当前的野火困境并防范未来灾害,我们都必须同时应对气候变化和温室气体排放。

要从火灾这一环打破循环,我们需要将火灾科学的知识纳入积极主动的火灾管理政策。研究表明,计划烧除、减少可燃物负荷、恢复历史上的火灾重现间隔(即生态系统经历火灾事件的频率)、减少向野地与城市交界地带扩张,以及开展战略性预防规划,都能降低近年来大型火灾的发生率和强度。在更局部和区域的层面上,燃料处理和计划烧除可有效降低野火风险。

科学已经揭示了我们如何着手解决当前困境,但我们迟迟没有采取行动。民主党人、共和党人以及两党联盟中的参议员在过去3年起草了相关法案,旨在解决我国的野火问题,但这些法案无一成为法律。2018年3月,我们取得了进展:一项预算对消防工作的资金安排进行了重大重组,包括为野火设立的灾害基金。然而,特朗普总统最近提出的预算方案大幅削减了美国农业部(USDA)和内政部(DOI)的林业资金,这表明2018年取得的进展可能难以持续。

计划烧除是指管理人员为实现生态目标而有意点火并监控火势,这种做法已在全国各地作为一种工具,用于减少可燃物负荷,并模拟自然火灾的复发间隔。这一策略存在火势失控、空气污染加剧等风险,常使决策者不愿采用这种管理方式。尽管计划烧除的成功率接近99%,但那些失控的火灾往往更受关注,例如2000年的塞罗格兰德火灾。另一种做法是人工清除可燃物(机械疏伐),既能降低燃烧强度和火势蔓延速度,又能维护生态系统的完整性。在计划烧除难以实施的情况下,例如飓风雨果过后,可采用其他策略,例如设置防火隔离带和有针对性地增强灭火能力,以更有效地降低灾难性野火风险。

尽管当前形势严峻,野火也带来危险,但我们拥有打破这一恶性循环所需的知识和技能。2019年似乎正是开始行动的好时机。

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