◎ 科技日報記者 李麗雲 通訊員 孟姝軼
凍土和野火也能扯上關係？對，有關係！
東北林業大學單煒教授科研團隊歷時十年科學監測，首次發現東北多年凍土退化區地質甲烷排放會進一步促進野火的發生及蔓延。這一成果首次通過監測數據分析了甲烷氣體排放與野火發生的時空相關性。12月4日，自然出版集團在線刊物《科學報告》發表了相關論文——《中國東北多年凍土退化區地質甲烷排放與野火風險》。
據單煒教授介紹，地球冰凍圈構成一個巨大的氣候敏感碳儲層，以土壤碳和水合物形式存在於冰蓋之下和多年凍土中。隨著全球氣候持續變暖，環北極多年凍土帶的碳庫將逐漸受到擾動，並可能以釋放甲烷氣體形式進入大氣，成為環境變化的重要影響因素。多年凍土退化區野火現象逐漸增多，森林火災每年燒毀5-20萬公頃環極地多年凍土帶北方森林。而針對多年凍土融化釋放的甲烷氣體對局地氣溫的影響及其自燃機制與野火的關係認識還相對匱乏。
東北林業大學單煒教授科研團隊成員在野外監測
中國東北多年凍土區面積約為2.9萬km，區域內多年凍土呈島狀分布，熱狀態極不穩定，易受到外部環境，氣候和人為因素的幹擾。而中國東北地區的年平均氣溫(MAAT)增長高於全球MAAT的增長，使得區域內地表溫度受氣溫變化影響較大，多年凍土處於高溫凍土狀態。自1980年以來，中國東北地區的MAAT波動增加，高緯度地區出現了更加極端的升溫，特別是北部大小興安嶺的氣溫上升幅度最大。其中大興安嶺山脈的北坡是中國東北地區多年凍土較發達區域，此區域多年凍土已出現退化，且融區顯著擴展。近幾十年內西伯利亞東南部的森林火災正逐漸增加，且與大氣溫度、乾旱指數及入射太陽輻射等密切相關。西伯利亞東南部及中國東北部（100°–150°E，45°–55°N）的多年凍土區曾多次發生過大火，隨著多年凍土區南界逐漸北移，多年凍土退化區野火現象可能還將增多。
研究區火燒跡地三維重建鳥瞰圖
單煒教授研究小組在位於歐亞大陸多年凍土區南緣的小興安嶺西北段，設置多個監測區域，布設大氣甲烷濃度、大氣溫度、土壤溫度、地表淺層孔隙水壓力等監測設備，長期監測相關數據變化，採用高密度電法(HDR)、探地雷達(GPR)及現場鑽探，勘察量測與驗證凍土分布變化，結合哨兵2號衛星(SENTINEL-2 L1C)遙感影像、無人機影像三維重構，分析火災活動和相關地質環境因素變化關係。
2015.06-2020.04第1監測點大氣壓力、地表淺層孔隙水壓力、空氣溫度、地表甲烷濃度變化曲線
研究表明：隨著春季地面積雪融化，研究區空氣溼度、氣壓達到年度低值，同時出現凍土沼澤地表淺層孔隙水壓力陡升，地表甲烷濃度年最大值，此階段進入地表的高濃度甲烷氣體，會以升高大氣溫度及其自身燃燒兩種方式，增加多年凍土退化區野火風險，這可能是導致中國東北及西伯利亞東南部多年凍土帶季節性野火發生頻率差異的一個重要因素。而野火頻率的增加，會進一步對氣候變化形成正反饋。需要有針對性建立火災預警機制，有效降低野火風險。
單煒教授強調，以寒區火災為標誌的全球氣候變暖所造成的一系列環境問題，不僅會進一步加劇全球氣候變化，而且會影響到當地的生態安全、水文水資源安全、糧食安全與人類生存環境安全，所以需要世界各地科學家共同努力，並與相關地質部門進行合作，全面普查多年凍土區甲烷水合物的分布並加強監測站點布設，提升監測手段方法，從而實現對全區域預警及處置，並根據可能損失程度進行設防，最大程度降低野火發生，進而保護環境與資源。
多年凍土區地質甲烷排放與野火關係概念模型
論文審稿人一致認為，這是一篇來自很少被報導地區的有趣創新性論文，為研究多年凍土區的野火爆發提供了全新視角，這些發現具有潛在的全球意義，將促進森林的相關研究和管理，可能會促進地球科學的發展。