中國(guó)科學(xué)院-林火碳排放研究藍(lán)皮書(shū)2023

中國(guó)科學(xué)院林火碳排放研究藍(lán)皮書(shū)（2023）中國(guó)科學(xué)院 一、林火與碳排放 3（一）林火及發(fā)生條件 3（二）林火的生態(tài)效應(yīng) 5（三）林火的氣候效應(yīng) 5（四）林火的環(huán)境效應(yīng) 6（五）林火碳排放核算方法 6二、全球林火碳排放 9（一）全球森林分布與林火重點(diǎn)區(qū) 91.全球森林面積與分布現(xiàn)狀 92.全球森林過(guò)火面積與重點(diǎn)區(qū) （二）林火碳排放的時(shí)空動(dòng)態(tài) （三）主要國(guó)家林火碳排放特征 （四）小結(jié) 三、極端林火事件及其綜合效應(yīng)評(píng)估 （一）2023年加拿大林火碳排放 （三）其他極端林火事件碳排放 1.2019年亞馬遜林火 2.2019~2020年澳大利亞林火 3.2021年俄羅斯林火 （四）小結(jié) 21四、中國(guó)林火碳排放 23（一）中國(guó)森林資源分布狀況 23（二）中國(guó)林火基本狀況 23（三）中國(guó)林火面積及碳排放 231.熱點(diǎn)和過(guò)火面積分布 232.中國(guó)林火的碳排放 24（四）林火管理對(duì)碳匯的影響 251.中國(guó)林火管理及投入 252.中外林火管理政策比較 26（五）小結(jié) 27五、啟示與建議 29（一）建立包括自然過(guò)程的全口徑碳核算體系 29（二）加強(qiáng)極端林火防范與管理 29（三）深化林火碳排放的科學(xué)研究和國(guó)際合作.......301林火是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的干擾過(guò)程。2001~2022年間，全球年均森林過(guò)火面積為4695萬(wàn)公頃，是同期年均人工氧化碳（CO2可使大氣CO2濃度增加4.35ppm（百萬(wàn)分之全球林火CO2排放存在明顯的空間差異。林火高發(fā)區(qū)分布在南緯5°~20°的熱帶雨林邊緣區(qū)和北緯45°以上的高緯度針葉林區(qū)。近年來(lái)，北半球高緯度針葉林區(qū)的林火CO2排放量呈現(xiàn)快速增加趨勢(shì)。極端林火事件頻發(fā)是造成全球林火碳排放增加的主要噸，嚴(yán)重削弱生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和防控極端林火事件，對(duì)于全球碳減排和應(yīng)對(duì)全球氣候變化具有重要意義。中國(guó)一直采取積極的林火防控政策，取得良好效果。中國(guó)森林面積占全球的5.4%，但林火碳排放量?jī)H占全球林火碳排放總量的0.65%，顯著低于全球平均水平。2001~2022年間，中國(guó)林火年均CO2排放量為0.10億噸，且森林過(guò)火面積和碳排放量呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。鑒于林火碳排放對(duì)全球氣候和環(huán)境的顯著影響，建議將其納入當(dāng)前碳收支評(píng)估體系和國(guó)家減排責(zé)任機(jī)制，盡快建立包括林火等自然因素在內(nèi)的全口徑碳核算體系。23一、林火與碳排放（一）林火及發(fā)生條件林火，又稱(chēng)森林火災(zāi)，是森林生態(tài)系統(tǒng)中一種常見(jiàn)的干擾過(guò)程。林火會(huì)顯著影響森林的組成、結(jié)構(gòu)和演替特征，從而改變森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)。重大林火還會(huì)產(chǎn)生顯著的生態(tài)、氣候和環(huán)境效應(yīng)。林火的發(fā)生需要同時(shí)具備三個(gè)條件，即可燃物、火源和包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等有機(jī)物質(zhì)。森林可燃物分為有焰燃燒和無(wú)焰燃燒兩類(lèi)。有焰燃燒可燃物如樹(shù)枝、樹(shù)皮、苔蘚、森林凋落物等，能揮發(fā)出可燃性氣體并產(chǎn)生火焰，占無(wú)焰燃燒可燃物如泥炭、朽木等，無(wú)法分解產(chǎn)生足夠的可燃長(zhǎng)，在空氣濕度較大的情況下仍可繼續(xù)燃燒?？扇嘉镄枰_(dá)到一定的溫度才能燃燒，該溫度稱(chēng)為“燃燃點(diǎn)為250~300℃?；鹪词且龑?dǎo)森林可燃物達(dá)到燃點(diǎn)的關(guān)鍵，4極易引燃森林可燃物。在森林可燃物充足和火源具備的情況下，林火規(guī)模還取決于天氣狀況，高溫、大風(fēng)等氣象條件顯著影響林火的發(fā)生和擴(kuò)散。高溫促進(jìn)可燃物水分蒸發(fā)，降低可燃物濕度，同時(shí)提高了可燃物溫度，使可燃物加速達(dá)到燃點(diǎn)。大風(fēng)對(duì)森林火災(zāi)的發(fā)生起到降低可燃物濕度和補(bǔ)充氧氣的雙重作用，使可燃物更易燃燒，并加速林火蔓延。氣候變暖對(duì)林火發(fā)生三要素均可產(chǎn)生重要影響。高溫、的頻率和蔓延速度。對(duì)于高緯度地區(qū)而言，氣候變暖存在“北極放大效應(yīng)”（即高緯度地區(qū)的氣候變暖速率高于全球平均水平形成氣候變暖-林火加劇-碳排放增加的正反饋機(jī)制。因此，氣候變暖對(duì)高緯度地區(qū)森林火災(zāi)的影響尤為顯著。5林火通過(guò)地表火、樹(shù)冠火等多種形式改變森林生態(tài)系統(tǒng)的樹(shù)種組成、年齡結(jié)構(gòu)和分布格局。地表火清除枯枝落葉堆積物、改良土壤表層的物理與化學(xué)性質(zhì)、調(diào)節(jié)林分結(jié)構(gòu)。樹(shù)減少某些昆蟲(chóng)和病原體的數(shù)量，控制蟲(chóng)害和疾病的傳播。但是，近年來(lái)受氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響，極端林火事件頻繁發(fā)生，不僅降低了森林調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、維持生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，還改變了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和過(guò)程，甚至將森林轉(zhuǎn)變?yōu)楣嗄净虿荼镜葍?chǔ)碳能力較低的植被，嚴(yán)重削弱生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能。林火是溫室氣體排放的重要來(lái)源，產(chǎn)生的溫室氣體包括總排放量的90%。2001~2022年間，全球林火共排放約339億噸CO2，可使大氣CO2濃度升高4.35ppm。林火通過(guò)排放溫室氣體、改變下墊面反照率、釋放氣溶膠影響輻射平衡等生物地球物理過(guò)程，對(duì)地表能量的吸收和再分配產(chǎn)生復(fù)雜的影響。在熱帶稀樹(shù)草原，火燒頻繁，林火釋放的灰分降低反照率，導(dǎo)致正輻射強(qiáng)迫，地表溫度升高。草本或灌木）為主，反照率較高，負(fù)輻射強(qiáng)迫增強(qiáng)，導(dǎo)致地表溫度降低。此外，植物通過(guò)蒸騰作用吸收土壤中的水分并釋放到大氣，從而降低環(huán)境溫度。林火的發(fā)生會(huì)抑制該過(guò)程，6林火向大氣釋放大量的氣溶膠，對(duì)太陽(yáng)輻射起到散射和反射作用，導(dǎo)致地表吸收的太陽(yáng)輻射減少，短期內(nèi)會(huì)造成局部溫度下降。這種降溫效應(yīng)在大氣中通常只能持續(xù)一周左右的時(shí)間。然而，林火造成森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和物種組成的變化，可能會(huì)導(dǎo)致凈輻射和感熱通量大幅下降，其效應(yīng)將持續(xù)林火產(chǎn)生的顆粒物隨著大氣環(huán)流形成長(zhǎng)距離傳輸，降落的影響。發(fā)生在高緯度凍土區(qū)域的林火，將加速地下凍土層融化，存儲(chǔ)在凍土中的大量甲烷得以釋放，促進(jìn)全球氣候變VOC等氣體進(jìn)入大氣后，通過(guò)一系列均相和非均相化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步生成臭氧（O3）等二次大氣污染物。林火污染物中最主要的是PM2.5，會(huì)誘發(fā)慢性支氣管炎等人體呼吸系統(tǒng)和心林火碳排放核算主要有“自上而下”和“自下而上”兩種方7“自上而下”方法主要基于觀測(cè)的大氣溫室氣體濃度和氣象場(chǎng)資料，結(jié)合大氣化學(xué)物質(zhì)輸送模型，估算區(qū)域和全球林火碳排放，也被稱(chēng)為大氣反演法。這種方法的本質(zhì)計(jì)理論的非線(xiàn)性最優(yōu)化算法，可以實(shí)現(xiàn)林火碳排放量的快速反演，但其準(zhǔn)確性和空間分辨率較低，難以量化CO2排放的源匯關(guān)系?！白韵露稀狈椒ㄖ饕诨馃寂欧拍Ｐ停ㄟ^(guò)觀測(cè)得到的過(guò)火面積或輻射功率，結(jié)合生物量、燃燒系數(shù)、排放因子等參數(shù)計(jì)算不同溫室氣體的排放量，具有空間分辨率高、可明確碳排放源類(lèi)型的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)數(shù)據(jù)類(lèi)型和質(zhì)量有較高要近期，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所專(zhuān)家基于“自下而上”方法，提出了一種林火碳排放量快速計(jì)算方法，可實(shí)現(xiàn)89（一）全球森林分布與林火重點(diǎn)區(qū)1.全球森林面積與分布現(xiàn)狀根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)，2020年全球森林總面積為其次是南美洲，森林面積為8.4億公頃，全球占比21%，主要分布在巴西亞馬遜熱帶雨林；北美洲森林面積為7.5億公非洲森林面積為6.4億公頃，全球占比1頃，全球占比5%，主要是澳大利亞和新西蘭的溫帶極洲無(wú)森林分布。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)，2000~2020年間，全球森林面積凈損失量為0.99億公頃。其中，南美洲森林（主要為亞馬遜熱帶雨林地區(qū)）年均凈損失面積最高，為392萬(wàn)公頃。非洲森林年均凈損失率最高，年均減少面積為本區(qū)域森林面積的0.55%。亞洲森林面積凈增長(zhǎng)最高，為0.29%/年，增幅達(dá)176.4萬(wàn)公頃/年。歐洲森林面積年均凈增長(zhǎng)僅次于亞洲，增長(zhǎng)率和增幅分別0.08%和76萬(wàn)公頃/年。2.全球森林過(guò)火面積與重點(diǎn)區(qū)年均4695萬(wàn)公頃。年均森林過(guò)火面積相當(dāng)于同期人工林年南半球林火集中在熱帶地區(qū)，包括非洲南部和中部、大洋洲東南部（主要是澳大利亞）和南美洲亞馬遜熱帶雨林區(qū)域。北半球則主要集中于歐亞大陸與美洲大陸中高緯度區(qū)域。從緯度分布來(lái)看，林火高發(fā)區(qū)主要分布在南緯5°~20°（熱帶45°以上的針葉林區(qū)也是林火高發(fā)區(qū)（圖2.2）。約為3332萬(wàn)公頃（其中，約52%的面積屬于重復(fù)火燒占全球年均森林過(guò)火面積的71%；其次為南美洲和亞洲，其年均森林過(guò)火面積分別為518萬(wàn)公頃和512萬(wàn)公頃；大洋洲和北美洲年均森林過(guò)火面積分別為153萬(wàn)公頃和152萬(wàn)公頃；歐洲年均森林過(guò)火面積為26萬(wàn)公頃。1全球年均重復(fù)火燒面積為1926萬(wàn)公頃，其中，非洲約占90%，南美占3.7%，亞洲占4.9%，其他占1.4%。除北美洲外，其他大洲森林過(guò)火面積均呈下降趨勢(shì)（圖公頃/年）。亞洲森林過(guò)火面積也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)（-6.65萬(wàn)公頃（二）林火碳排放的時(shí)空動(dòng)態(tài)2001~2022年間，全球林火CO2排放量為339億噸，年 非洲南部和中部、南亞和東南亞、大洋洲東南部（主要是澳大利亞）和南美洲亞馬遜熱帶雨林。北半球則集中于歐亞大陸與美洲大陸的中高緯度森林分布區(qū)，包括西伯利亞與美國(guó)、加拿大的寒溫帶針葉林區(qū)域，以及東南亞中南半島等地區(qū)2001~2022年間，非洲和亞洲的林火CO2年均排放量分南美洲和北美洲的林火CO2年均排放量分別為3.04億噸和1.59億噸；大洋洲的林火CO2年均排放量為0.34億噸；歐洲全球林火CO2排放量在2001~2022年間，平均減少0.44亞、歐亞大陸與美洲大陸中高緯度地區(qū)。林火CO2排放量下降的區(qū)域主要集中在亞洲溫帶森林和熱帶稀樹(shù)草原。全球森林過(guò)火面積和碳排放量較大的國(guó)家有斯、加拿大和美國(guó)。2001~2022年間，巴西森林過(guò)火面積總計(jì)0.63億公頃，排放量為2.17億噸，占全球林火碳排放總量的14.08%。俄羅斯森林過(guò)火面積總計(jì)0.50億公頃，年均227萬(wàn)公億噸，占全球林火碳排放總量的11.23%。噸，占全球林火碳排放總量的4.05%。美國(guó)森林過(guò)火面積總計(jì)0.09億公頃，年均41萬(wàn)公頃，噸，占全球林火碳排放總量的3.33%。（四）小結(jié)2001~2022年間，全球林火CO2排放量總計(jì)339億噸，年均排放量為15.4億噸。林火CO2排放量的熱點(diǎn)區(qū)域是熱帶和北半球中高緯度地區(qū)；全球林火碳排放存在顯著的空間差異，高緯度針葉林區(qū)域林火CO2排放呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。三、極端林火事件及其綜合效應(yīng)評(píng)估極端林火事件是指過(guò)火面積大、影響范圍廣，并集中發(fā)生在某一時(shí)空范圍內(nèi)的一系列森林火燒事件。近5年發(fā)生的典型極端林火事件包括2019年亞馬遜林火、2019~2020年澳大利亞林火、2021年俄羅斯林火和20同區(qū)域多年林火碳排放的總和，釋放的污染物隨大氣環(huán)流運(yùn)動(dòng)，對(duì)全球氣候和環(huán)境帶來(lái)巨大影響。在氣候變暖背景下，（一）2023年加拿大林火碳排放根據(jù)加拿大跨機(jī)構(gòu)消防中心發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至當(dāng)?shù)厝f(wàn)公頃，累積火燒次數(shù)超過(guò)6500起；產(chǎn)生的CO2排放量已超過(guò)15億噸（圖3.1高于過(guò)去22年林火產(chǎn)生CO2排放量計(jì)CO2排放量還將繼續(xù)增加。2023年加拿大林火表現(xiàn)出與平常年份不同的顯著特點(diǎn)。一是火燒季節(jié)開(kāi)始早，火情發(fā)展迅速，三分之二的單日過(guò)火年間同期平均水平的20倍。二是火場(chǎng)數(shù)量多且遍布全境。幾乎每天都有超過(guò)500個(gè)火場(chǎng)同時(shí)燃燒，導(dǎo)致?lián)浠鸸ぷ黝櫞耸Т髽O端林火事件的原因既有自然過(guò)程，也有人為影響。高溫和干旱是主要的氣象驅(qū)動(dòng)因子。今年3月以來(lái)，加拿大遭遇持續(xù)嚴(yán)重干旱，疊加異常高溫，易于造成林火發(fā)生和蔓延。此外，粗放的森林管理和林火防控也是導(dǎo)致這次林火事件的重要因素。加拿大主要樹(shù)種是可燃性較高的針葉樹(shù)，加之沒(méi)有及時(shí)清除森林內(nèi)堆積的可燃物，增加了林火發(fā)生和蔓延的風(fēng)險(xiǎn)?；鹄鄯e排放1002萬(wàn)噸PM2.5，是過(guò)去20年同期平均排放量加拿大林火造成的環(huán)境污染不僅影響全境，還通過(guò)大氣環(huán)流作用，影響全球其他區(qū)域，對(duì)北半球廣大地區(qū)的空氣質(zhì)利用氣溶膠和大氣化學(xué)模式（IAP-AACM）對(duì)加拿大林火排放PM2.5的全球傳輸特征進(jìn)行了模擬和分析（圖3.3）。結(jié)果顯示，2023年5~8月，加拿大林火導(dǎo)致了6次大范圍的影響到美國(guó)中北部地區(qū)。第2次傳輸過(guò)程對(duì)美國(guó)東北部地區(qū)3次傳輸過(guò)程中，高濃度的PM2.5傳輸?shù)綒W洲地區(qū)。在第4次傳輸過(guò)程中，加拿大西部林火排放的PM2.5再次顯著影響到（三）其他極端林火事件碳排放1.2019年亞馬遜林火毀林開(kāi)荒等活動(dòng)導(dǎo)致亞馬遜雨林近年來(lái)的人為火災(zāi)呈增加趨勢(shì)。2019年遭遇了自2010年以來(lái)最大的一次林火。在超過(guò)2500起火災(zāi)事件中，88%發(fā)生在巴西境內(nèi)，其次是玻遜林火產(chǎn)生的CO2超過(guò)5億噸（圖3.4約占當(dāng)年全球林火CO2排放量的32%。2.2019~2020年澳大利亞林火2019~2020年的澳大利亞林火季節(jié)，又稱(chēng)“黑色夏季”，損毀了2730萬(wàn)公頃的森林和灌木，近80%的澳大利亞居民3.2021年俄羅斯林火約占當(dāng)年全球林火CO2排放量的44%。123456789近5年，全球發(fā)生了10起CO2排放量超過(guò)6億噸的極端林火事件，主要發(fā)生在俄羅斯、巴西、加拿大、澳大利亞的年份為2008年（0.37億噸遠(yuǎn)低于表3.1中的極端林火（四）小結(jié)近年來(lái)，氣候變暖和人為活動(dòng)導(dǎo)致極端林火事件增加，釋放的CO2往往遠(yuǎn)超同區(qū)域多年林火碳排放的總和，對(duì)全球氣候和環(huán)境產(chǎn)生重要影響。2023年加拿大林火產(chǎn)生的CO2排放量目前已經(jīng)超過(guò)15億噸，高于日本2021年燃燒化石燃料產(chǎn)生的CO2排放量（10.67億噸已引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)四、中國(guó)林火碳排放（一）中國(guó)森林資源分布狀況根據(jù)2022年中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織發(fā)布的分別位居世界森林面積和蓄積量的第五位和第六位。盡管森林資源位居世界前列，但人均森林面積僅為0.15公頃，不足世界平均水平（0.52公頃）的三分之一。中國(guó)政府高度重視林業(yè)建設(shè)。隨著三北防護(hù)林工程、天然林保護(hù)工林還草工程、京津風(fēng)沙源治理工程的實(shí)施，森林面積在1998~2018年間增加了0.62億公頃。（二）中國(guó)林火基本狀況根據(jù)中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，2000~2021年間，中國(guó)共發(fā)生133954次林火，過(guò)火面積386萬(wàn)公頃，年均林火發(fā)生次數(shù)和過(guò)火面積分別為6089次和17.55萬(wàn)公頃。除個(gè)別年份外，森林過(guò)火面積總體呈顯著下降趨勢(shì)。大（過(guò)火面積大于1000公頃）森林火災(zāi)共計(jì)發(fā)生339次別是2011年以來(lái)，重大和特大森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)明顯下降，2013年和2021年無(wú)新增重大森林火災(zāi)。（三）中國(guó)林火面積及碳排放1.熱點(diǎn)和過(guò)火面積分布均約為5755個(gè)，年均過(guò)火面積為26萬(wàn)公頃。受氣候條件、人類(lèi)行為、火災(zāi)管理等因素的影響，林火活動(dòng)具有明顯的年2001~2022年間，中國(guó)林火活動(dòng)呈現(xiàn)明顯的空間聚集特和東南林區(qū)，分別占總過(guò)火面積的63.3%和27.0%；西南林2.中國(guó)林火的碳排放基于“自下而上”方法，利用衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合不同植被類(lèi)型的排放因子，分析了中國(guó)林火CO2排放的動(dòng)態(tài)變化。2001~2022年間，中國(guó)林火CO2排放總量為2.22億噸，年均CO2排放量約為0.10億噸，在世界上處于較低水平，年際變現(xiàn)林火CO2排放高峰，兩年的排放量約占22年總排放量的30%。從分布區(qū)域看，東北、西南和東南林區(qū)林火CO2排放量火CO2排放量呈下降趨勢(shì)，東北林區(qū)和西南林火CO2排放量1.中國(guó)林火管理及投入中國(guó)森林防滅火工作大致歷經(jīng)三個(gè)階段：起步發(fā)展階段林火災(zāi)發(fā)生后，中國(guó)實(shí)行了“預(yù)防為主、積極消滅”的林火防明顯加快，預(yù)防、撲救、保障三大體系不斷完善，森林火災(zāi)綜合防控能力明顯加強(qiáng)。在全社會(huì)的共同努力下，中國(guó)林火管理基本實(shí)源和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。2023年，根據(jù)《關(guān)于全面加強(qiáng)新形勢(shì)下森林草原防滅火工作的意見(jiàn)》，中國(guó)進(jìn)一步加大防火力度，力爭(zhēng)到2025年，將森林火災(zāi)受害率控制在0.9‰以2.中外林火管理政策比較世界各國(guó)對(duì)林火管理秉承不同的理念。如美國(guó)、澳大利亞將計(jì)劃火燒作為森林管理的手段之一，用于清除森林可燃高附加值的森林及游憩區(qū)，通常以滅火為主；對(duì)邊遠(yuǎn)且經(jīng)濟(jì)價(jià)值低的森林區(qū)域，通常只監(jiān)測(cè)其發(fā)展動(dòng)態(tài)。然而，在某些情況下火情發(fā)展迅速，如僅僅采取觀察策排放大量增加。因此，在氣候變暖和人類(lèi)活動(dòng)加劇的背景下，松散的林火管理政策增加了極端林火的發(fā)生概率，對(duì)林火碳排放產(chǎn)生重要