近日，我校地理科學(xué)學(xué)院張正祥教授團(tuán)隊(duì)在野火生態(tài)學(xué)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)聚焦中高緯度地區(qū)的極端野火事件，利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和氣候觀(guān)測(cè)記錄，揭示了野火與氣候、植被及人類(lèi)活動(dòng)等關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素之間的非線(xiàn)性閾值關(guān)系，并從閾值效應(yīng)的視角提出了一種氣候變化驅(qū)動(dòng)極端野火事件的新機(jī)制。相關(guān)成果以“Future enhanced threshold effects of wildfire drivers could increase burned areas in northern mid- and high latitudes”為題，發(fā)表在Nature旗下地球科學(xué)類(lèi)頂級(jí)期刊Communications Earth & Environment上。
近年來(lái)，全球極端野火事件頻發(fā)，表明野火對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)正從漸進(jìn)型轉(zhuǎn)向突變型，具體表現(xiàn)為野火的非線(xiàn)性響應(yīng)特征愈發(fā)明顯，并可能呈現(xiàn)閾值效應(yīng)。換言之，當(dāng)驅(qū)動(dòng)因素未達(dá)到閾值時(shí)，野火對(duì)外部因素的變化相對(duì)不敏感；而一旦接近或超出閾值，野火的響應(yīng)幅度和變異性將不成比例增加，進(jìn)而顯著改變野火的分布格局與發(fā)生模式。
這項(xiàng)研究表明，中高緯度地區(qū)的野火與驅(qū)動(dòng)因素之間普遍存在非線(xiàn)性作用關(guān)系與閾值突變特征 (圖1)。閾值的空間異質(zhì)性由水熱條件、植被生產(chǎn)力和人類(lèi)活動(dòng)的梯度差異共同調(diào)控，能夠有效解釋中高緯度野火的空間分布模式及其對(duì)環(huán)境變化的非均勻響應(yīng)。研究還發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)因素的閾值效應(yīng)貢獻(xiàn)了野火變化的30.70%，且在北方和溫帶生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)對(duì)野火動(dòng)態(tài)的影響尤為顯著 (圖2)。此外，該研究強(qiáng)調(diào)，在未來(lái)排放情景下，氣候變化將增強(qiáng)野火驅(qū)動(dòng)因素的閾值效應(yīng) (2.66-4.14個(gè)百分點(diǎn))，導(dǎo)致本世紀(jì)末的燃燒面積較2001-2022年增加47.81%±3.08%。這一關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)揭示了氣候與野火之間新的作用機(jī)制：氣候變化通過(guò)增強(qiáng)野火驅(qū)動(dòng)因素的閾值效應(yīng)，促進(jìn)了野火的非線(xiàn)性變化和變異性，從而擴(kuò)大了未來(lái)中高緯度地區(qū)的野火燃燒面積（圖3）。該研究成果拓展了閾值理論在極端野火研究中的應(yīng)用，有望推動(dòng)野火預(yù)測(cè)模型從靜態(tài)參數(shù)體系向動(dòng)態(tài)閾值體系轉(zhuǎn)變，為制定精準(zhǔn)的氣候政策、野火防控策略及碳減排措施提供了科學(xué)依據(jù)。
該成果的第一作者為我校地理科學(xué)學(xué)院博士研究生趙航，通訊作者為我校地理科學(xué)學(xué)院張正祥教授，張洪巖、卜兆君、趙建軍教授及郭笑怡副教授為主要合作作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目的支持。
圖1. 生態(tài)區(qū)尺度上野火驅(qū)動(dòng)因素的閾值及其閾值效應(yīng)。藍(lán)色條形圖表示每個(gè)生態(tài)區(qū)野火驅(qū)動(dòng)因素的平均值，點(diǎn)在 x 軸上的位置表示閾值，點(diǎn)的色標(biāo)表示閾值效應(yīng)的強(qiáng)度
圖2. 野火驅(qū)動(dòng)因素及其閾值效應(yīng)的貢獻(xiàn)度。(a)-(b) 野火驅(qū)動(dòng)因素閾值效應(yīng) (TE)的總體貢獻(xiàn)度。(c)-(d) 解釋能力最強(qiáng)的野火驅(qū)動(dòng)因素及其閾值效應(yīng)
圖3. 未來(lái)排放情景下閾值效應(yīng)貢獻(xiàn)度的變化特征。(a)-(f) 閾值效應(yīng)貢獻(xiàn)度變化量的空間分布 (單位：百分點(diǎn))；(g) 閾值效應(yīng)貢獻(xiàn)度變化量與未來(lái)燃燒面積變化量之間的線(xiàn)性回歸關(guān)系
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