2023年12月7日，中国科学院发布《林火碳排放研究蓝皮书（2023）》（以下简称《蓝皮书》），该蓝皮书由中国科学院沈阳应用生态研究所牵头，中国科学院地球环境研究所和中国科学院大气物理研究所等单位共同编撰。

《蓝皮书》集中呈现了中国科学院专家关于全球林火碳排放研究的最新结果，分析了2001年至2022年全球林火碳排放的分布特征和时空动态，评估了全球主要极端林火事件碳排放及其气候综合环境效应。

《蓝皮书》估算了今年引发全球关注的加拿大林火事件的碳排放量：截止2023年10月6日，加拿大全境林火过火面积已达1840万公顷，累积火烧次数超过6500起；产生的二氧化碳排放量已超过15亿吨，高于加拿大过去22年林火产生二氧化碳排放量的总和（13.74亿吨）。

图1 加拿大2023年林火累积二氧化碳排放量 与其他年份对比

可以说，极端林火事件频发是造成全球林火碳排放量增加的主要原因，对全球气候和环境造成了显著影响。但是，林火碳排放却没有被纳入当前碳收支评估体系和国家减排责任机制中。

林火，是森林生态系统中一种常见的干扰过程。林火会显著影响森林的组成、结构和演替特征，从而改变森林生态系统的物质循环和能量流动。重大林火还会产生显著的生态、气候和环境效应。

林火的发生需要同时具备三个条件，即可燃物、火源和气象条件。

森林里的可燃物种类繁多，上至树冠下至树根都是可燃物。此外，引发林火的必要条件还有火源，除了人为因素以外（烧荒、野外吸烟、燃放烟花爆竹等），自然界中的雷击、火山爆发等都可以成为引发林火的火源。

如果没有适合燃烧的气象环境，那么即便林火燃烧起来，也无法恶化成“灾”。一般来说，当气象条件满足低湿、高温，并伴有大风情况，就非常容易酿成大规模的森林火灾。

图2 林火发生三要素

有证据证明，在4亿多年前的地球上，就曾经发生过大规模的林火。长期以来，气候-生态系统-火干扰之间保持相对稳定的反馈关系，在这种稳定关系下，林火是保护物种多样性、维护森林健康、保障生态系统服务功能的重要因子。

林火烧掉地表的枯枝落叶，为新生植物提供生存空间，上演新一轮的“万类霜天竞自由”。林火也可以让土地变得更肥沃，所谓“化作春泥更护花”，这也是原始人类刀耕火种方法的由来。此外，林火还可以减少某些昆虫和病原体的数量，提升森林抵御病虫害能力。

但是，工业革命以来，由于气候变化和人类活动的加剧，极大增加了林火发生的频率、面积和强度，特别是近年来极端林火事件频繁发生。高频率、大规模的灾害性林火，会给森林生态系统带来巨大的破坏作用，危及人类生命财产、珍贵林木资源和基础设施的安全，甚至带来物种灭绝以及土壤侵蚀等问题。

林火事件对生态系统影响的复杂程度远不止这些。举例来说，林火过后高纬度地区的低温使森林恢复进程延长，而最先萌发的低矮植被对阳光的反射能力要比森林高很多，导致地面温度降低。发生在高纬度冻土区域的林火，将加速地下冻土层融化，存储在冻土中的大量甲烷得以释放，又促进了全球气候变暖。

总得来说，森林火灾的发生，会通过多种方式干预和影响地球的气候和环境。林火释放的二氧化碳等温室气体增加大气二氧化碳浓度，从而加剧全球气候变暖效应。

图3 全球森林覆盖度分布

林火是二氧化碳排放的重要来源。2001~2022年间，全球林火共排放约339亿吨二氧化碳，可使大气二氧化碳浓度升高4.35 ppm。

以美国加利福尼亚州为例，该州2020年的人类活动排放二氧化碳约为3.6亿吨，而该州当年的林火排放量约为9000万吨，将近人类活动排放量的25%，所造成的环境效应是无法忽视的。

更令人担忧的是，林火产生的二氧化碳会加剧全球气候变暖，而全球气候变暖又会进一步增加林火发生的风险。

对于“林火三要素”来说，首先，气候变暖导致高温和干旱频发，造成可燃物水分含量下降，增加林火发生的频率和蔓延速度。气候变暖有利于高纬度植物生长，增加了可燃物的载量，进一步增加林火强度；其次，气候变暖导致极端天气发生概率增加，雷击频率升高，火源暴露风险增加；最后，气候变暖导致温度上升、湿度降低，行成了有利于林火传播扩散的气象条件。

因此，气候变暖与林火之间存在“气候变暖-林火加剧-碳排放增加-气候进一步变暖”的正反馈机制。除此之外，林火不仅降低了森林调节气候、涵养水源、维持生物多样性的生态系统服务功能，还改变了生态系统的结构和过程，甚至将森林转变为灌木或草本等储碳能力较低的植被，严重削弱生态系统碳汇功能。

当前，全球面临的林火现状如何呢？

根据联合国粮农组织数据，2001~2022年间，全球森林过火面积为10.33亿公顷，年均4695万公顷。年均森林过火面积相当于同期人工林年均增长面积的11倍。

2001~2022年间，除北美洲外，其他大洲森林过火面积均呈下降趋势。非洲最为显著（-21万公顷/年），其次为南美洲（-10万公顷/年）。亚洲森林过火面积也呈现下降趋势（-6.65万公顷/年）。

同一时间，全球林火二氧化碳排放量为339亿吨，年均为15.4亿吨。从地理区位来看，林火二氧化碳排放量的热点区域分布在非洲南部和中部、南亚和东南亚、大洋洲东南部（主要是澳大利亚）和南美洲亚马逊热带雨林。北半球则集中于欧亚大陆与美洲大陆的中高纬度森林分布区，包括西伯利亚与美国、加拿大的寒温带针叶林区域，以及东南亚中南半岛等地区。

图4 全球2001~2022年间的年均林火碳排放

从具体的国家角度来看，全球森林过火面积和碳排放量较大的国家有巴西、美国、加拿大和俄罗斯。

2001~2022年间，巴西森林过火面积年均286万公顷，林火二氧化碳排放量年均2.17亿吨，占全球林火碳排放总量的14.08%。

俄罗斯森林过火面积年均227万公顷，林火二氧化碳排放量年均1.73亿吨，占全球林火碳排放总量的11.23%。

加拿大森林过火面积年均50万公顷，林火二氧化碳排放量年均0.62亿吨，占全球林火碳排放总量的4.05%。

美国森林过火面积年均41万公顷，林火二氧化碳排放量年均0.51亿吨，占全球林火碳排放总量的3.33%。

图5 全球2001~2022年间的 林火二氧化碳排放变化趋势

近几年，极端林火事件频繁发生，排放的二氧化碳远超同区域多年林火碳排放的总和，释放的污染物随大气环流运动，对全球气候和环境带来巨大影响。在气候变暖背景下，全球森林火情形势严峻，值得国际社会高度关注。

极端林火事件是指过火面积大、影响范围广，并集中发生在某一时空范围内的一系列森林火烧事件。典型的极端林火事件包括2019年亚马逊林火、2019~2020年澳大利亚林火、2021年俄罗斯林火和仍在持续的2023年加拿大林火。

截至当地时间2023年10月6日，加拿大全境林火过火面积已达1840万公顷，累积火烧次数超过6500起。产生的二氧化碳排放量已超过15亿吨，不但高于该国过去22年林火产生二氧化碳排放量的总和，甚至高于日本2021年燃烧化石燃料产生的二氧化碳排放量（10.67亿吨）。目前，加拿大全国数百处林火仍然活跃，预计二氧化碳排放量还将继续增加。

图6 2023年9月加拿大魁北克省火情 （图片来源：维基百科）

加拿大林火累积排放1002万吨PM2.5，造成的环境污染不仅波及本国全境，还通过大气环流作用，影响全球其他区域，对北半球广大地区的空气质量产生显著影响。另外，排放的吸收性气溶胶沉降到北极冰雪表面，加速冰雪融化，加剧气候变暖。

图7 加拿大林火导致的美国纽约雾霾 （图片来源：维基百科）

近5年，全球发生了10起二氧化碳排放量超过6亿吨的极端林火事件，主要发生在俄罗斯、巴西、加拿大、澳大利亚和印度尼西亚。相比而言，中国林火二氧化碳排放最高的年份为2008年（0.37亿吨），远低于世界主要国家的极端林火事件。那么，我国在林火防控方面的经验是什么样的呢？

根据中国国家统计年鉴数据，2000~2021年间，中国共发生133954次林火，过火面积386万公顷，年均林火发生次数和过火面积分别为6089次和17.55万公顷。除个别年份外，森林过火面积总体呈显著下降趋势。特别是2011年以来，重大和特大森林火灾发生次数明显下降，2013年和2021年无新增重大森林火灾。

卫星数据显示，自2010年以来，我国林火活动下降趋势明显。

我国的林火活动呈现明显的空间聚集特征。林火活动热点区域为东北林区（大、小兴安岭）和东南林区，西南林区森林过火面积相对较低。

图8 中国2001~2022年间的林火二氧化碳排放量

我国的森林面积虽然位居世界前列，但森林火灾数量、面积和经济损失却能做到相对较少，这与我国重视森林防灭火工作是分不开的。

1987年大兴安岭“5·6”特大森林火灾发生后，中国实行了“预防为主、积极消灭”的林火防控工作方针。经过多年发展，森林防火基础设施和装备建设明显加快，预防、扑救、保障三大体系不断完善，森林火灾综合防控能力明显加强。

在我国森林主要分布区，已能做到每村都有基层护林员，他们用辛勤的巡逻保护着森林和人民群众生命财产的安全。在全社会的共同努力下，中国林火管理基本实现了“早发现、早扑灭”，极大降低了林火的发生概率。

图9 中国2001~2022年间的林火热点数分布图

与此同时，我国还积极开展林火碳排放的相关研究，积极推动林火碳排放量核算方法的改进。在林火碳排放核算方面，目前国际上主要有“自上而下”和“自下而上”两种方法。

“自上而下”方法也被称为大气反演法。该方法利用观测的大气温室气体浓度，再结合风速、温室气体扩散速度等数据，利用大气化学物质输送模型反推出区域或全球林火碳排放量。这种方法的好处是比较快，缺点在于准确性和空间分辨率较低。

“自下而上”方法主要基于火烧碳排放模型。我们可通过观测过火面积或辐射功率，再结合生物量、燃烧系数、排放因子等辅助参数，来算出不同温室气体（如二氧化碳）的排放量，这种方法的好处是空间分辨率高、可明确碳排放源，但对数据类型和质量有较高要求。

近期，中国科学院沈阳应用生态研究所专家基于“自下而上”方法，提出了一种林火碳排放量快速计算方法，实现了林火碳排放的近实时估算。

利用卫星观测数据可以算出，2001~2022年间，我国林火二氧化碳排放总量为2.22亿吨，年均二氧化碳排放量约为0.10亿吨，在世界上处于较低水平，年际变化总体呈下降趋势。

2001~2022年间，全球林火年均排放15.4亿吨二氧化碳，已成为不容忽视的碳排放源。北半球高纬度地区（如美国和加拿大）林火面积和二氧化碳排放量有所增加。随着气候变化和人类活动加剧，未来林火发生的频率与强度可能呈增加趋势。

林火具有明显的人为干预与可控属性，积极主动的管理是有效减少林火发生和二氧化碳排放的核心手段。但是，不同的国家对于森林火灾的防治理念不同。

比如欧美发达国家，防火的第一优先区域是保护财产安全、重要的基础设施或者其他有重要价值的区域。对于发生在边远且经济价值低的森林区域的林火，通常只监测其发展动态。

然而，在某些情况下火情发展迅速，如仅采取观察策略，很有可能造成难以控制的极端事件，导致过火面积及碳排放大量增加。

在目前全球强调碳排放、碳中和以及碳汇市场的情况下，每一个森林大国，在享受森林为本国带来碳汇效益的同时，理应更加积极地做好森林保护和林火防治工作，避免林火产生的碳排放加重气候变暖的趋势，而正如我们前文所述的那样，遏制全球变暖也可以减少林火发生的概率，从而进一步保护本国的森林资源。

当前的全球碳核算体系认为，林火属于自然过程，且排放的碳可以通过火后植被再生来抵消，因此在各个国家的碳汇配给中，没有考虑林火产生的碳排放。

相比之下，中国等国家在林火防控上投入了巨大的资金与人力，降低了林火、特别是极端林火事件的发生频率，大幅减少林火碳排放。如不将这些努力纳入气候变化国际评估，则不利于建立公平合理的减排责任分担机制。

为此，亟需建立全面科学的碳排放监测与计量系统，兼顾人类活动（化石燃料排放、工业排放）和自然过程（林火等）碳排放。同时，将林火碳排放的风险防控纳入碳汇林市场的碳交易体系。

林火预测和防控是世界性难题。我们建议，加强相关的基础研究和关键核心技术攻关，构建林火风险识别、预测预警和防控技术体系，革新智能防火设备和科学决策系统，研发灾后植被重建和碳汇快速恢复技术。加强国际合作，建立统一标准的林火碳排放计量与评估系统，发起国际大科学计划，共同应对挑战。

特别感谢中国科学院沈阳应用生态研究所项目研究员徐文茹给本文提供的大力支持。

参考资料：

[1]林火碳排放研究蓝皮书（2023），中国科学院

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/2023_Canadian_wildfires

[3]https://news.mongabay.com/2020/09/off-the-chart-co2-from-california-fires-dwarf-states-fossil-fuel-emissions/

[4]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8E%E7%81%AB

[5]Williams, et al. Observed Impacts of Anthropogenic Climate Change on Wildfire in California. Earth's Future. 2019, 7 (8): 892–910. doi:10.1029/2019EF001210 

作者：牧心