夏季东西伯利亚野火的频繁发生，对全球人类活动和生态系统的变化起到很重要的影响。同时，东西伯利亚野火排放产生的温室气体和气溶胶，影响局地的土壤湿度和破坏当地的植被和森林的覆盖，并严重影响到全球天气和气候的变化。因此，研究东西伯利亚野火的频发的原因具有重要的科学意义。近二十年来，夏季东西伯利亚野火的频率，强度和面积有明显增加的趋势，西伯利亚地区已成为大气二氧化碳(CO2)排放的重要来源，然而东西伯利亚野火增加的原因和机制并不清楚，特别是外强迫和内部变率在东西伯利亚野火增加的不同作用已成为一个重要的科学问题。
图1. 1979-2021东西伯利亚夏季火灾天气指数（FWI）和俄罗斯海冰密集度距平（SIC）的时间变化以及FWI和SIC在1979-2003和2004-2021年间的线性趋势。
从图1可以看出，在2004-2021东西伯利亚野火的上升趋势似乎与俄罗斯北极地区夏季海冰快速的减少密切相联，并有较高的相关性。主要原因是俄罗斯北极地区夏季海冰的快速减少可以在东西伯利地区引起较强的地面气温增加和较强的反气旋环流，从而导致东西伯利地区出现明显的增暖趋势，如图2所示。这个增暖趋势可以导致该地区饱和水汽压亏缺（Vapor Pressure Deficit, VPD）的增强， 而饱和水汽压亏缺的增加可以控制东西伯利亚地区野火的活动，因此东西伯利亚地区野火的趋势可以由VPD的增加趋势来解释。不同于传统的归因分析方法，我们提出了一个新方法，即通过包含和排除西伯利亚阻塞（Siberian Blocking, SB）事件，可以识别内部大气变率和外强迫(海冰融化等)在东西伯利亚地区野火快速增加中的不同作用。研究发现大约21%的VPD的增加主要由和西伯利亚阻塞有关的大气内部变率导致，而79%的VPD增加则由俄罗斯北极地区夏季海冰的快速减少所导致。
图2. 1979-2021夏季地表气温（SAT）的时间变化与有阻塞和没阻塞的夏季SAT的线性趋势和在1979-2003和2004-2021年间SAT的线性趋势。
另外，在该研究中利用我们自己所建立的大气阻塞非线性多尺度相互作用(NMI)模式的位涡梯度理论，提出了俄罗斯北极地区海冰的快速减少通过影响西伯利亚阻塞和东西伯利亚野火增强的新机制，如图3所示。北极地区海冰的减少可以增强高纬度地区增暖，从而引起较小的经向位涡梯度，这能够导致高纬度地区出现持续时间更长，纬向尺度更大，东移较小和衰减更慢的西伯利亚阻塞，从而导致更持续、范围更大和强度更强的高纬度热浪，进而导致东西伯利亚高纬度地区出现更强，更持久和范围更大的野火事件。俄罗斯北极地区海冰的快速减少和西伯利亚阻塞的变化的共同作用是东西伯利亚高纬度地区野火快速增加的主要原因。
图3. 俄罗斯北极地区海冰的快速减少影响东西伯利亚野火的示意图
2024年6月26日，《自然•通讯》（Nature Communications）杂志在线发表了这一研究成果，它是国内外多家单位开展合作研究的主要成果。该论文的第一作者为北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室博士后罗彬禾，论文通讯作者为中国科学院大气物理研究所东亚中心罗德海研究员和北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室效存德教授。同时我们单位的大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室段晚锁研究员和刘屹岷研究员；东亚中心徐希燕研究员，姚遥副研究员和博士生石佳琪参与该研究。同时参加该研究的有：纽约州立大学奥尔巴尼分校戴爱国教授，澳大利亚墨尔本大学Ian Simmonds教授，林肯大学Edward Hanna教授，美国太平洋环境中心（NOAA）James Overland教授，，清华大学地球科学系张强教授，，中国科学院气象科学研究院姜治娜研究员，中国科学院海洋研究所宫婷婷副研究员，复旦大学博士后陈晓丹和中国海洋大学刁一娜副教授等多位学者。该研究得到了国家自然科学基金委原创探索项目和基础科学中心（42150204和42288101）、国家重点研发计划（2023YFF0805100）、北京师范大学人才引进项目（12807-312232101）中国博士后创新人才支持计划（BX20230045）、中国博士后科学基金第73批面上资助（2023M730279）和澳大利亚研究会（Grant DP 160101997）等项目的资助。
论文链接：
Luo, B., Luo, D., Dai, A., C. Xiao et al. Rapid summer Russian Arctic sea-ice loss enhances the risk of recent Eastern Siberian wildfires. Nature Commun., 15, 5399 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-49677-0
