追逐野火烟雾 科学家试图揭示其如何影响气候

2017年夏天，蒙大拿州的李思湖被附近的野火笼罩了数周。资料来源:KURT WILSON/MISSOULIAN

艾米莉·菲舍尔可能是少数几个受最新预测鼓舞的人之一，该预测称美国西部大部分地区将面临更严重的野火季节。联邦官员几天前宣布，异常温暖的天气和干旱加上足够的干草和灌木将为今年夏天野火肆虐创造最佳条件。

这一预测让当地官员做好了最坏的打算。但是对于科罗拉多州立大学的大气科学家费舍尔来说，这是一个机会。菲舍尔正准备使用一架装满科学设备的C-130运输机在整个暑假里穿越野火烟雾。这是前所未有的努力的亮点。该项目耗资3000多万美元，涉及飞机、卫星、运载仪器的卡车，甚至研究人员步行通过。在接下来的两年里，两个合作项目——一个由美国国家科学基金会资助，另一个由美国国家航空航天局和美国国家海洋与大气管理局资助——旨在更好地了解野火烟雾的化学和物理特征，以及它如何影响气候、污染空气和危害人类健康。

"毫无疑问，这是迄今为止最大的火灾测试。"美国国家海洋与大气管理局地球系统研究实验室的大气化学家兼该项目的主要科学家之一卡斯滕·沃尼克说，野火烟雾“是空气质量和气候问题研究面临的最大问题之一”

在美国西部，随着野火的范围和强度不断增加，这个问题变得越来越严重。2016年发表在《气候变化》杂志上的一项研究显示，当超过联邦清洁空气标准时，野火产生的颗粒物占该地区总量的2/3。与此同时，全球变暖可能会在未来几年引发更多火灾，因为荒地将变得更加易燃。上述研究还表明，到本世纪中叶，生活在美国西部大部分地区的8000多万人经历的“烟波”数量将增加57%。“烟波”可能会连续两天或更长时间覆盖一个社区，对公众健康的后果可能是痛苦的。烟雾中含有大量有毒化合物和微小颗粒，可能导致呼吸困难和疾病。美国林务局的研究人员说，美洲其他地区以及欧洲、非洲、亚洲和澳大利亚可能会经历同样数量的由气候引发的野火。

尽管有潜在的威胁，野火烟雾很少得到科学界的持续关注。这两个最新项目旨在改变这种状况。今年，包括费希尔在内的国家科学基金会资助的团队计划乘坐一架装备齐全的C-130穿越15至20股野火烟流。明年，美国国家航空航天局和美国国家海洋与大气管理局的研究人员将使用DC-8喷气式飞机，一种可以在美国烟雾弥漫的天空中搜索的更大的飞机。

目标之一是清点野火释放的化学物质，包括氮氧化物、一氧化碳和各种挥发性有机化合物。Warneke说，现有的预测烟雾化学成分的模型严重依赖卫星观测，这可能会产生很大的误差，部分原因是它不确定森林大火会破坏多少植被。最新的研究结合了来自卫星、飞机和地面研究人员对燃烧场所的调查数据，应该有助于调整这些估计。

研究人员还将使用C-130在升空后24小时内追踪烟流，以确定当烟分散在大气中时，其化学性质会发生什么变化。特别是，他们想更准确地了解燃烧的植被释放的氮会发生什么变化，包括有多少氮被转化为氮氧化物，从而形成地面臭氧。地面臭氧是一种受管制的污染物，会加剧呼吸系统问题。费舍尔说，这些数据可能有助于回答一些问题，比如“如果西北太平洋发生野火，这对科罗拉多州的空气质量意味着什么？”

研究人员还计划跟踪气溶胶的演变。气溶胶是一种能够散射或吸收阳光的颗粒物，在气候形成中起着重要作用。他们想观察烟流与云碰撞时的情况，以便更好地理解两者如何相互影响。烟粒子通过充当冰粒子的核心来改变云的形成，这可能会影响天气。反过来，云的湿度也会影响烟雾的化学成分。这些结果有助于改善天气预报。

在晚上，温度的下降会导致烟雾沉降到凹陷的地面，从而恶化那里的空气质量。美国国家海洋与大气管理局和美国国家航空航天局的研究人员将使用飞机、卡车和无人机来追踪这些烟流。该项目还包括将DC 8号航班带到美国西部以外的地区，深入中西部和东南部，以追踪火灾烟雾。烟雾是由清除农田的蓄意火灾或森林中的计划火灾产生的。Warneke说，收集如此大范围的数据的目的是“立刻了解整个情况以及整个事情是如何相互作用的”。(宗华编译)

中国科学新闻(2018-06-13，第三版国际版)