“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(dòng)態(tài)與地表過程”研究組的網(wǎng)站，這句話占據(jù)了C位，你能立刻捕捉到關(guān)鍵詞：少，精，創(chuàng)新。

9月25日，岳超帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在《自然》（Nature）雜志在線發(fā)表了題為《極端森林大火放大火后地表升溫》的研究成果。該研究首次從林火規(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)，并對可能存在的惡性循環(huán)提出了警示。

“科研歸根到底還是要靠idea（想法）。”記者走進(jìn)西北農(nóng)林科技大學(xué)水保學(xué)院，眼前的岳超穿著棉質(zhì)白T恤，戴著黑色邊框眼鏡，散發(fā)出一種“松弛感”。交談中岳超多次談到“idea”這個(gè)詞，而他“死磕”了十年的研究也驗(yàn)證了他“少而精”的研究理念。

被高緯森林極端大火照亮的夜空。張亮/攝影

靈感源于十年前的疑問

“林火，我們國家更多稱為森林火災(zāi)，但‘森林野火’是一種更加科學(xué)和中性的說法”，岳超介紹道，“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(gè)有機(jī)組成部分”?！八^‘野火’，主要是強(qiáng)調(diào)火發(fā)生的場所為空曠的野外”。極端森林大火則是指在較長時(shí)期干旱無雨的條件下，火勢蔓延迅速且難以控制，燃燒時(shí)間長，導(dǎo)致過火面積巨大的森林野火事件。

火后發(fā)黑的地面吸收更多太陽輻射，造成地表升溫。張亮/供圖

世界氣象組織數(shù)據(jù)顯示，2023年是有記錄以來最熱的年份，全年平均氣溫比工業(yè)化前水平（1850-1900年）高出1.45±0.12°C，大大超出此前最熱年份的升溫幅度。

全球變暖已經(jīng)導(dǎo)致更多的森林野火，同時(shí)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。林火燃燒過程會(huì)釋放大量二氧化碳和顆粒物，并且導(dǎo)致近地表溫度升高，會(huì)進(jìn)一步加劇局部尺度氣候變暖。另外，火后由于地表溫度升高、土壤濕度下降，幼苗生長環(huán)境變得更加惡劣，經(jīng)常導(dǎo)致種子無法萌發(fā)或幼苗大批死亡，這意味著森林生態(tài)系統(tǒng)的永久退化。

岳超2010年底開始在法國凡爾賽大學(xué)攻讀氣象、海洋與環(huán)境物理學(xué)博士學(xué)位，從事的第一個(gè)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(jì)算機(jī)模塊。

2014年時(shí)，岳超完成了博士期間的第二篇論文，發(fā)現(xiàn)盡管模型可以較好的模擬總過火面積以及林火排放的二氧化碳，但是模型卻大大低估了單次林火事件的大小。此后，他應(yīng)邀參加了一個(gè)國際野火模式比較計(jì)劃，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)野火模型都無法準(zhǔn)確模擬林火事件的大小。因此，一個(gè)疑問縈繞在腦海：在單位面積上，大火和小火對氣候的影響是不是一樣的？

這些問題，成為了野火計(jì)算機(jī)模擬懸而未決的謎團(tuán)，這也是岳超最初靈感的來源。

5.3萬部高清電影的數(shù)據(jù)量

2018年9月，響應(yīng)國家對于人才的召喚，岳超希望自己能夠通過對林草生態(tài)、氣候變化和碳中和方面的研究，服務(wù)國家需求。同年，岳超回國并選擇了就職西北農(nóng)林科技大學(xué)。

此后，岳超注意到，關(guān)于極端森林大火的新聞報(bào)道經(jīng)常出現(xiàn)，并且很多科技期刊也經(jīng)常發(fā)表一些關(guān)于極端大火的評論性文章，但正式經(jīng)過嚴(yán)格同行評審的研究論文卻不多見。于是，他數(shù)年前開始關(guān)注的問題再次浮現(xiàn)在腦海，對于這一問題，科學(xué)界遲遲沒有回答。

岳超研究員和團(tuán)隊(duì)成員探討研究方案。靳軍/攝影

岳超意識(shí)到這是一個(gè)重要的研究課題。于是，他安排自己回國后的第一個(gè)博士生趙杰于2019年初著手從事此項(xiàng)研究。結(jié)果顯示，大火和小火的氣候影響并不一樣。岳超的好友、荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)的Sebastiaan Luyssaert（塞巴斯蒂安·呂瑟特）教授鼓勵(lì)岳超向《自然》投稿。經(jīng)過多次反復(fù)修改，2022年底，該研究相關(guān)論文投稿到《自然》并進(jìn)入審稿階段，曙光來臨。

然而，2023年春節(jié)過后，岳超卻收到了編輯的拒稿信。但編輯特別指出，該研究非常新穎獨(dú)到，但是審稿人提出的數(shù)據(jù)不確定性和研究時(shí)間序列較短等問題使得該研究不能馬上發(fā)表。

全新的視角，要有充足的“證據(jù)”。岳超團(tuán)隊(duì)利用更多的數(shù)據(jù)源和更長的數(shù)據(jù)序列，經(jīng)過大量充分和審慎的分析，證明了研究結(jié)果的穩(wěn)健性，最終贏得了編輯和審稿人的認(rèn)可。

從2019年入學(xué)到博士畢業(yè)，趙杰一直專注于這項(xiàng)研究，也是論文的第一作者。面對龐大的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜的分析任務(wù)，趙杰夜以繼日地工作，認(rèn)真檢查每行代碼，確保每一個(gè)細(xì)節(jié)都經(jīng)得起推敲。雖然論文正文只有2500余字，論文補(bǔ)充材料多達(dá)20頁，四輪審稿意見和回復(fù)更是長達(dá)99頁。趙杰告訴記者，審稿意見主要集中在增加不同數(shù)據(jù)源以更好支撐研究結(jié)論、以及回歸分析方法等技術(shù)問題。

“我們研究了北半球中高緯度地區(qū)近9萬場面積大于1平方千米的森林野火?！壁w杰回憶道，“每一場火的每個(gè)相關(guān)變量都需要經(jīng)過多種計(jì)算，整個(gè)項(xiàng)目可能需要數(shù)百億次基礎(chǔ)運(yùn)算?！彼ΨQ，博士期間一直在和這些數(shù)據(jù)“較勁”，每當(dāng)審稿人提出質(zhì)疑時(shí)，一次海量的數(shù)據(jù)分析就隨之展開。

“面對龐大的數(shù)據(jù)分析工作，課題組王嘉銘和李光耀兩位師弟也各自發(fā)揮編程特長，將運(yùn)算效率大大提升?！?5個(gè)4T、6個(gè)5T以及兩個(gè)8T的移動(dòng)硬盤見證了趙杰的工作量。數(shù)據(jù)總量達(dá)106T，相當(dāng)于5.3萬部高清電影的數(shù)據(jù)量。

這些龐大的數(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)。

一直被忽視的惡性循環(huán)

岳超團(tuán)隊(duì)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(shí)間更長、燃燒面積更大。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)。

岳超（左）和趙杰參加學(xué)術(shù)研討會(huì)。受訪者供圖

那么，如何減緩極端大火帶來的氣候風(fēng)險(xiǎn)？除了積極防火以外，岳超團(tuán)隊(duì)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(xiǎn)，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(duì)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于60年里均大幅下降：與1953-1987年相比，1988-2021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)。相較而言，在人口較為稀少的加拿大、美國中西部和澳大利亞，林火總面積和單次林火事件的面積在未來氣候變暖情景下均呈顯著上升態(tài)勢。因此，氣候進(jìn)一步暖化將在人口稀少的溫帶和寒帶森林導(dǎo)致更多的極端大火。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及防控極端大火氣候風(fēng)險(xiǎn)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?！?/p>

“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(jiān)忍不拔，不輕易放棄。”岳超總是這樣開導(dǎo)自己的學(xué)生?！翱茖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)家真正核心的競爭力?！痹莱f。

來源丨中國科學(xué)報(bào)

作者丨嚴(yán)濤 付文婷

執(zhí)行主編｜劉斯文

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