野火还能降低空气污染？Science发表复旦学者最新发现

在全球变暖的大背景下，全球野火正变得越来越活跃，特别是在美国、澳洲等地，野火的发生频率显著升高、燃烧面积扩大、持续时间延长，屡破新纪录。

作为自然气溶胶的主要排放源之一，传统观点普遍认为野火只会对空气质量产生负面影响。然而，王勇团队在一次偶然梳理极端野火期间的全球大气细颗粒物（PM_2.5）监测站数据时，敏锐捕捉到一个与常识认知相悖的“反常”现象：当美国西部发生极端野火，受直接影响的西部区域PM_2.5浓度会显著上升；但令人意外的是，在千里之外的东部地区，PM_2.5浓度反而呈现下降趋势，且与西部增幅相当（图1）。

这种“西升东降”的现象并非随机出现，而是与美国西部野火释放的热量峰值存在一定的时间差——西部野火最旺盛（释放热量最多）后的1至2天，东部的PM2.5浓度出现最显著的下降。为了进一步验证该现象，研究团队分析核查了多套PM2.5数据集，结果都惊人的一致。

“排除了污染控制政策等潜在干扰因素后，我们开始怀疑，除了野火释放的气溶胶，野火释放的热量会不会对空气质量产生影响？”王勇在复旦大学和清华大学的共同支持下，不断更新思想认识，提出了这一打破常规的思考。长久以来，传统研究多聚焦于野火释放的污染物本身，却普遍忽略了火最原始也最显著的特征——燃烧过程中释放的大量热量（感热和潜热）。

在西部地区7至9月的火季，研究团队分析发现局地野火释放的逐日热量通量最大可达约263 W/m²。如此庞大的热量足以改变局部大气的温度、湿度，甚至触发强对流天气，而对流又恰似一颗投入湖面的“石子”，在大气这一广阔的“湖面”上激起层层涟漪，进而对千里之外的天气状况产生连锁影响。

为了验证“野火释放的热量影响远方空气质量”的核心猜想，研究团队基于地球系统模式，设计了严谨的大气模拟试验。团队首先将基于观测反演的火的热量引入到两种不同的地球系统模式（传统地球系统模式和对流解析的地球系统模式）中，随后针对性的设置了三组对照试验，形成清晰变量对比：第一组为“无火气溶胶和无热量”的基础对照组，第二组仅加入“火气溶胶”变量，第三组则同时纳入“火气溶胶和热量”两个关键要素。试验结果显示，只有同时纳入气溶胶和热量的第三组试验，才能准确模拟出美国西部野火发生时，西部PM2.5上升、东部PM2.5下降的实际观测现象。这说明野火释放的热量是东部PM2.5浓度下降的核心主导因素。

西部野火释放的热量，究竟如何跨越千里影响东部空气质量？研究团队通过追踪大气环流的变化，成功勾勒出了一条清晰完整的机制作用链：首先，西部野火燃烧释放的大量热量，成为触发局部强对流的“引擎”。其产生的降水会显著消耗原本向美国中部输送的水汽；水汽输送的减少直接导致了美国中部区域陷入干燥少云的状态，进而引发中部近地层气温升高与低压异常。而中部的低压异常又进一步为美国东部的气旋生成创造有利条件，并推动东风异常。因此，一方面，东部气旋异常有助于增强对流性降水，进而导致“湿清除”作用增加。同时，对流降水还可以抑制层云二次气溶胶的生成。双重作用下PM_2.5浓度显著下降；另一方面，东风异常会形成一道“屏障”，有效抑制西部野火释放的气溶胶向东部扩散（图2）。至此，野火热量跨区域影响空气质量的完整路径得以明晰。

对于野火热量跨区域影响空气质量的复杂机制，王勇给出了通俗生动的总结：“简单说，西部的野火热量如同推倒了第一张多米诺骨牌，它触发对流，并通过水汽凝结释放潜热对大气环流产生连锁反应，最终让东部雨多了、本地污染物少了、野火释放的气溶胶导致的污染物也不易传输入东部了。”

这项研究不仅揭示了地球系统中“小区域热源-大尺度气候”的隐秘关联，更直接关乎到人类对野火影响的认知。

研究团队结合全球暴露死亡率模型（该模型可通过PM2.5浓度估算过早死亡人数）进行深入分析，发现若仅考虑野火气溶胶的影响，将会严重高估健康风险——全美因PM2.5导致的过早死亡人数会被多算约1200例；结合经济模型得出经济损失高估约33亿美元。尤其是在人口密集的东部地区，这种偏差尤为显著。

从政策制定角度来看，当前美国的空气质量管理政策（如《清洁空气法案》）、野火防控策略以及环境正义，几乎都只关注野火释放的气溶胶，却完全忽略了热量的作用。论文的共同第一作者、博士生马启涵解释道：“这会导致资源错配，例如东部可能无需为‘西部野火带来的污染’过度筹备资源。”

更值得关注的是，这种“野火热量触发的对流”，宛如一条耸入云霄的传送带，它将向对流层高层和平流层低层输送水汽和污染物，进而对全球气候产生影响。王勇表示，“当全球气候因之发生变化后，野火的活动也会随之改变。这就像一场自然之间的对话，野火与气候彼此呼应，最终形成一个循环往复的反馈闭环。”

从过去“美国西部野火会加剧东部污染”的传统认知到“火释放的热量使得西部野火能降低东部污染”的颠覆，王勇团队的研究改写了人类对野火与大气关系的理解。它宛如一面镜子，清晰地映照出了地球系统的复杂——一个小区域的热源（如野火），竟能通过大气环流这一“链条”，对数千公里外的气候与环境产生影响。

“这提醒我们，地球是一个紧密相连的整体，任何局部事件都有可能在遥远的地方引发‘蝴蝶效应’。”王勇总结道。未来，随着对“火-气相互作用”机制研究的持续深入，研究团队将进一步致力于在地球系统模式中更精准地表征“火-气相互作用”所涉及的诸多过程，为气候模拟与预估提供更科学、更精确的导航图，助力人类更好地理解和应对地球气候系统的复杂变化。