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为解决野火预测中忽视点火源和燃料因素问题，作者[第一作者单位] 研究人员开展关于对流和燃料对野火活动影响的研究。结果发现其作用关键，这为改进野火预测模型提供依据，极具科研价值，推荐大家阅读。
在我们生活的地球上，野火就像一个既熟悉又陌生的 “神秘客”。说它熟悉，是因为它对地球系统有着极为重要的影响，从植物、动物的进化，到各种生物地球化学过程，都有它的 “身影”；可它一旦 “失控”，又会带来巨大的灾难。在短时间内，野火能摧毁大量基础设施，危及生命安全；在陆地上，熊熊燃烧的大火会让植被覆盖减少，土壤变得松散，原本生机勃勃的地方可能变成不毛之地，甚至成为临时的沙尘源头；在大气中，野火释放的烟雾气溶胶肆意飘散，不仅让区域空气质量恶化，还会干扰全球辐射平衡，对平流层臭氧的恢复也会产生不利影响。从长远来看，野火还会打断陆地对碳的吸收，就像给全球变暖 “添了一把柴”，加速这一进程。
近年来，超级大火频繁出现，这让人们越发急切地想要搞清楚野火究竟是如何发生和变强烈的。一直以来，大家都知道野火和近地表气象因素关系密切，像温度、相对湿度、风、降水这些，人们还把这些气象条件总结成各种火灾天气指数，用来表示不同生态系统中的野火风险，比如加拿大森林火灾天气指数（FWI）。这些指数被应用到气候模型中，去估算历史和未来的野火情况，像是火灾碳排放和过火面积。过去的研究通过分析与火灾相关的天气趋势，发现人为引起的气候变化在一些地区提高了极端火灾天气的风险，还在全球范围内削弱了夜间对火灾的抑制作用。
但是，这些指数真的能准确反映野火的实际发生和强度吗？问题就出在这里。野火的发生和发展，除了天气条件，点火源和燃料的多少也是关键因素。打个比方，天气就像是野火的 “导火索”，而点火源和燃料则是 “火药”。大气不稳定引发的闪电，在局部地区对火灾的发展有着重要作用，比如在北美北方森林，强烈对流引发的大量闪电，就导致了近年来那些极端火灾年份，大片森林被烧毁。而且，北方森林火灾的碳排放，除了受天气影响，燃料的可获取性也起着重要的调节作用。可遗憾的是，到目前为止，人们还没有利用观测数据在全球范围内研究点火源和燃料丰度对野火发生和强度的影响。
为了填补这些知识空白，来自 作者[第一作者单位] 的研究人员在《Science Advances》期刊上发表了一篇名为《Beyond fire weather: Convection and fuel abundance modulate global wildfire activity》的论文。他们通过研究发现，近地表天气（用加拿大 FWI 来代表）只能部分反映实际的野火活动，从每日到季节的时间尺度上都是如此。大气对流和燃料丰度在调节燃烧过程中起着重要的补充作用，在预测野火时，这两个因素的作用不容忽视。这一研究成果意义重大，它让人们对野火的认识更进了一步，为未来预测野火活动和评估其对生态系统的影响提供了新的思路和依据。
研究人员为了开展这项研究，用到了好几种关键的技术方法。他们分析了多个火灾天气指数，其中主要是加拿大 FWI 系统，还有其他指数放在补充材料里。研究中使用的野火发生和强度数据，来自卫星测量，像火点计数（FC，代表每天每 0.25 纬度 / 经度像素内的火点数量）和火辐射功率（FRP，代表每天每 0.25 纬度 / 经度像素内的火辐射功率 ）。他们还从卫星或再分析数据中获取近地表气象条件（包括温度、相对湿度、风速和降水）、对流有效位能（CAPE，用来衡量大气对流的潜力）、闪电点火情况以及燃料负荷等数据进行对比分析。此外，他们还借助了全球野火点火源地图和北美火灾清单，进一步探究野火和大气对流之间的关系。
下面我们来看看具体的研究结果。
1. 火灾天气与野火活动之间季节性同步性有限
研究人员分析了 2012 年到 2023 年卫星测量的火灾活动数据，发现野火的燃烧高峰有着明显的纬度差异。在中高纬度地区，野火大多在当地的夏季和秋季最为频繁和强烈；而在亚热带地区，冬季和春季则是野火活动的高发期；低纬度地区的情况更复杂，比如亚马逊、刚果和海洋大陆的热带雨林，野火活动在 7 月到 9 月达到高峰，而在这些地区以北，像撒哈拉以北非洲，12 月到次年 2 月才是野火最活跃的时候。
可让人意外的是，观测到的野火高峰和近地表天气的同步性并不好。全球只有 28.3% 的可燃烧区域，高 FWI 和野火的发生能同时达到高峰；在 51.7% 和 20.0% 的可燃烧区域，高 FWI 的出现时间比野火早 1 - 2 个月和 3 - 6 个月。在火灾强度方面也是类似的情况。而且，植被越丰富、人类点火源越多的地区，火灾天气和实际野火活动的季节性周期才会越同步。全球的稀树草原，火灾天气和野火活动同步达到高峰的区域占比最大，而草原的占比最小。总的来说，野火的燃烧旺季和火灾天气的高峰季节，通常会相差几个月，尤其是在植被稀疏、人类活动影响小的地区。
2. 每月火灾天气与野火活动的一致性不足
从每月的时间尺度来看，在全球大部分可燃烧区域，高火灾天气对实际野火发生和强度变化的解释能力很有限。超过 41.3% 的分析区域，每月高 FWI 频率的异常情况和野火发生之间没有明显的相关性；在超过 45.2% 的区域，FWI 和 FRP 之间的相关性也没有统计学意义。这种不一致在半干旱、植被稀疏的草原和灌木丛地区最为明显，这些地方 FWI 和火灾发生或强度之间没有显著相关性的区域超过了总面积的 50%。从地理位置上看，像现在容易发生野火的地区，比如北非、南非、澳大利亚、南美洲亚马逊地区和北美西部，FWI 和野火活动在时间上大多没有显著的相关性。
在 FWI 的各个组成部分中，相对湿度对全球野火活动的月度变化影响最大，在热带非洲、东南亚、中欧和澳大利亚东南部表现得尤为明显。温度在印度东部、亚马逊森林和撒哈拉以北非洲的部分地区对野火活动起着调节作用；降水则在高纬度欧亚大陆、季风影响的东南亚、南非和亚马逊森林的一些分散区域，决定着野火的发生和强度。而且，主导因素还会随着季节变化。不过，这些地表天气条件只能部分解释全球可燃烧区域内野火发生和强度的月度变化。另外，燃料的可获取性和人为点火源，会促进火灾天气和实际野火活动之间的一致性，但像美国东南部这样的地方，虽然人为点火源丰富，可 FWI 和实际火灾活动之间的一致性还是不高。
3. CAPE 和燃料负荷对推动野火活动起到补充作用
在每日时间尺度上，大部分可燃烧区域，高 FWI 确实有利于野火的发生或高强度燃烧。但奇怪的是，在北美、澳大利亚、撒哈拉以北非洲以及欧亚大陆的中高纬度地区，经常会出现高 FWI 却没有火灾的情况；在东美国、南美洲、非洲、中亚、中国东部和澳大利亚，高 FWI 和低野火强度同时出现的情况分布得更广。在植被稀疏或人为点火源不足的地区，高 FWI 却低火灾发生的异常情况更为普遍，不过这种差异在野火强度方面会有所减小。
为了弄清楚 FWI 和野火活动一致性不足的原因，研究人员对比了高 FWI 时野火发生或高强度燃烧的正常情况，以及高 FWI 时野火不发生或低强度燃烧的异常情况。他们发现，大气对流对高 FWI 日的野火发生和强度有促进作用，主要通过影响点火和火势蔓延这两个方面。和 “零 FC | 高 FWI” 的情况相比，“FC > 0 | 高 FWI” 的事件通常对流潜力更弱，但在人类点火源稀少的地区，野火发生时的 CAPE 值更高。比如，在闪电引发 80% 以上火灾的低人类影响区域，40% 的 “FC > 0 | 高 FWI” 日的 CAPE 值比 “零 FC | 高 FWI” 日更高；而在闪电引发火灾占比不到 20% 的高人类影响区域，只有 24% 的情况是这样。而且，不管人类点火源是否丰富，“高 FRP | 高 FWI” 的事件大多和更高的 CAPE 值相关。进一步研究发现，61% 的全球野火蔓延事件和低水平辐合有关，低水平辐合会增强燃烧强度，尤其是在燃料负荷较高（大于 16 kg/m2）的时候。
在燃料方面，和野火不发生或低强度燃烧的情况相比，实际发生且高强度燃烧的野火，通常和更高的燃料负荷有关，这种差异在植被稀疏的地区更明显。比如，56% 的灌木丛和 54% 的草原，在野火实际发生时燃料负荷更高，而稀树草原和森林的这一比例分别为 49% 和 46%。
研究人员通过卫星观测和再分析数据得出结论：近地表天气（以加拿大 FWI 为代表）在每日到季节的时间尺度上，只能部分反映实际的野火活动。全球 70% 以上的可燃烧自然区域，FWI 和野火发生或强度的季节性周期不同步；40% 以上的区域，每月高 FWI 发生情况和实际野火活动的相关性不显著。这种不一致在全球半干旱、植被稀疏的草原和灌木丛，以及低人类影响区域最为普遍。
该研究还突出了大气对流在全球野火发生和强度方面的重要作用。大气对流通过影响闪电点火和近地表辐合、氧气流入这两种机制，对野火产生影响。同时，研究也证实了气象和生态条件对全球野火活动的共同影响，燃料短缺是全球植被稀疏地区野火发生的关键限制因素。
不过要知道，大气对流、燃料负荷和火灾天气之间并不是相互独立的。从大气热力学角度看，有利于火灾的天气会抑制大气对流；从陆地生态学角度看，持续干燥会影响植被生长和燃料积累。在全球气候变化的背景下，区域闪电频率增加和陆地绿化，可能会增加野火风险，尤其是在目前发现的点火和燃料受限的地区。所以，在预测长期野火活动和碳排放时，需要考虑对流潜力和燃料储备的变化，特别是在全球植被稀疏地区，这里的陆地和大气条件对野火活动的调节作用最为复杂，野火动态及其对陆地碳预算的影响，还需要进一步深入研究。
这项研究就像一把钥匙，为我们打开了认识野火的新大门，让我们更清楚地看到野火背后那些复杂的影响因素，虽然还有一些未知等待探索，但它为未来的野火研究和应对策略提供了非常有价值的参考，相信在未来，我们能更好地应对野火带来的挑战。
