2021-4-10 | 农业
森林生态系统是陆地生态系统最大的植被碳库和土壤碳库［1］，其碳通量对全球碳收支具有重要影响［2］，在全球碳循环和碳平衡中起着重要作用［3］．森林火灾可燃物燃烧所排放的大量温室气体［4－5］可导致植被和土壤碳储量的动态变化［1］，对区域碳平衡产生重要影响，破坏大气碳平衡［5－8］，同时使自然生态系统遭到破坏［9］，对全球气候变化和环境具有负面影响［7，10－11］，并影响生物地球化学循环，在碳循环中起着重要作用［12－13］．全球每年约1%的森林遭受火干扰［4，10，14］，森林火灾排放约4Pg•a－1的碳到大气中［15－16］，这相当于每年化石燃料燃烧排放量的70%［15］．随着全球气候变暖，森林火灾频率和强度将加剧［3，12－13，17－18］，科学准确地计量森林火灾直接排放的碳量、研究碳排放的计量模型方法，对进一步量化森林火灾对大气碳平衡的贡献、正确评价火干扰在生态系统碳循环和碳平衡中的作用具有重要意义．同时，对于减少全球变化研究中碳平衡测算的不确定性，以及为制定科学有效的林火管理策略等也具有重要意义．为此，本文从3个方面阐述了森林火灾碳排放计量模型的研究进展，并提出了提高碳排放计量定量化的3种路径选择．
1森林火灾碳排放研究概况
1.1国外研究概况
早在20世纪60年代后期，国外就有学者研究如何计量森林火灾的气体排放量［19］．随后许多学者对森林火灾可燃物燃烧排放的碳量和含碳气体量进行研究［4－5，7，10］．随着气候变化研究的深入，国外对森林火灾排放温室气体的研究越来越多，特别是对加拿大、俄罗斯和阿拉斯加等北方林区［20］．通过室内模拟试验和野外观测方法，Campbell等［21］对俄勒冈2002年森林火灾碳排放进行计量;Aulalr和Cart-er［22］研究了加拿大、俄罗斯和阿拉斯加北方林区因火灾而直接和间接排放的碳量;Amiro等［23］对1959—1999年加拿大森林火灾直接碳排放进行估算;Levine等［20］估算了全球森林火灾碳排放．采用统计资料和通用计量参数，Choi等［24］估算了韩国森林火灾碳排放;Kasischke和Bruhwiler［25］估算了北方林1998年森林火灾碳排放;Lavoue和Stocks［9］通过加拿大森林火灾统计数据估算了2000—2004年火灾排放的痕量气体;French等［26］对阿拉斯加1950—1999年森林火灾碳排放进行计量．使用通用排放因子或排放比，DeGroot等［27］对加拿大森林火灾中地被物的碳排放进行估算;Kasischke等［28］对北方林区森林火灾中排放的碳与CO进行计量;An-dreae和Merlet［16］对全球森林火灾排放的痕量气体进行估算;Crutzen和Andreae［11］对热带森林火灾碳排放进行估算．利用空中采样测定参数，Cofer等［8］用直升机对北方林区火灾排放因子进行测定;Sinha等［29］用飞机对赞比亚稀树草原火灾排放因子进行测定;Cofer等［30］将燃烧过程分为焰燃和阴燃，其测定的燃烧效率在0.03～0.9;French等［31］对北方林区火灾碳排放中的不确定性进行分析．通过以上工作，人们进一步了解火灾对大气碳平衡的影响，但计量参数的来源多数没有经过实际测定，而仅仅通过模型手段或估测，且参数的来源亦不同，许多通过小尺度的分析外推到大尺度上，导致计量结果存在不确定性．
近年来，各种遥感平台与算法不断地被应用到森林火灾碳排放的计量中，对火灾面积、可燃物载量、燃烧效率和火烧强度等进行估测，收到了较好效果［32］．在大尺度上利用NOAA卫星的AVHRR影像估测森林火灾碳排放方面:Kasischke等［33］估测了阿拉斯加1990—1991年森林火灾碳排放;JrCahoon等［32］估测了1987年西伯利亚的森林火灾碳排放;Conard等［34］对西伯利亚的森林火灾碳排放进行估测;Soja等［35］估测西伯利亚1998—2002年森林火灾碳排放;Kaufman等［36］对亚马逊火灾碳排放中的燃烧效率进行测定，发现燃烧效率达97%，高于其他热带地区．在中尺度上利用MODIS影像估测森林火灾碳排放方面:Turquety等［37］估测2004年北美森林火灾碳排放;Hoelzemann等［38］结合火灾排放模型估算全球森林火灾碳排放;Korontzi等［39］估测南非森林火灾碳排放;vanderWerf等［40］对热带和亚热带森林火灾碳排放进行估测．在小尺度上利用SPOT影像估测森林火灾碳排放方面:Isaev等［41］结合航空摄影估算了俄罗斯森林火灾碳排放;Zhang等［42］估算俄罗斯每月燃烧区域与火灾碳排放量的关系;Fraser和Li［14］估测北方林1949—1998年的森林火灾碳排放．在小尺度上利用TM/ETM+数据估测森林火灾碳排放并测定计量参数方面:Page等［43］估测印尼1997年森林大火碳排放;Michalek等［44］估测阿拉斯加森林火灾碳排放;Brandis和Jacobson等［45］估测澳大利亚森林火灾消耗可燃物量;Mitri和Gitas［46］估测地中海森林火灾面积;Hudak等［47］估测森林火灾面积与燃烧效率的相关关系．在利用多时相遥感影像估测森林火灾碳排放计量参数方面:Lewis等［48］估测2004年阿拉斯加森林火灾碳排放;Ito和Penner［49］对全球的生物质碳排放进行估测;vanderWerf等［50］对1997—1998年全球森林火灾碳排放进行估测;DeGroot等［51］估算了加拿大野火直接排放的碳量．在利用高分辨率遥感影像估测森林火灾燃烧效率方面:Lambin等［52］研究了中非地区森林火灾的燃烧效率，发现不连续燃烧面积的燃烧效率比连续燃烧面积的燃烧效率低;French等［53］建立了火灾面积与燃烧效率的相关关系．由于遥感数据的客观性、宏观性和实时性等优点，基于遥感估测森林火灾碳排放是当前国际上普遍运用的方法，但由于空间分辨率等问题，其精度需进一步提高［54－55］．
1.2国内研究概况
近年来，国内学者用不同方法在各时空尺度上对我国森林火灾过程中排放的碳量进行计量．基于规则可燃物燃烧计量方法，王效科等［56］对我国1959—1992年火灾排放的含碳气体进行计量;Lü等［3］结合森林资源清查资料和遥感影像估算1950—2000年我国火灾所排放的碳量和含碳气体．采用排放因子或排放比法，田晓瑞等［57］根据1991—2000年火灾统计数据估算我国森林火灾排放的碳量;杨国福等［58］估算浙江1991—2006年火灾气体排放量;单延龙和张姣［6］估算吉林省1969—2004年火灾碳排放．使用遥感影像估测计量参数法，田晓瑞等［59］利用卫星火产品对我国2000年林火碳排放量进行估测;黄麟等［60］估测江西1950—2008年森林火灾碳排放．在对生物质燃烧排放气体进行估算方面:庄亚辉等［61］测算了我国1950—1992年生物质燃烧排放的含碳气体;曹国良等［62］根据各省2000年生物质的消耗量，计算生物质燃烧排放清单;陆炳等［63］估算各省生物质燃烧排放清单;田贺忠等［64］估算我国2000—2007年生物质排放清单．在对森林火灾碳排放计量的不确定性进行分析方面:王效科等［55］对森林火灾排放含碳气体的估算方法进行总结;吕爱锋等［12－13］对气候变化、火干扰与生态系统碳循环的因果关系进行阐述，并估算了含碳气体排放．以上研究虽然能得出相对的森林火灾碳排放量，但不经过实验分析而仅通过经验或模型手段推算大尺度森林火灾对大气碳排放的贡献，存在较大的不确定性．