環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院2009屆本科畢業(yè)校友黃昕教授及其團隊最新研究發(fā)現(xiàn)，作為全球重要自然災(zāi)害的野火不僅受氣象條件影響，而且其所排放氣溶膠的輻射效應(yīng)也可改變氣象要素，由此產(chǎn)生天氣尺度的正反饋機制顯著增強全球不同沿海地區(qū)的極端野火事件。近日，論文“Smoke-weather interaction affects extreme wildfires in diverse coastal regions”以Research Article形式發(fā)表于《Science》雜志，并被作為同期亮點成果（Science, 379, 6631, 457-461 (2023), 論文鏈接：https://doi.org/10.1126/science.add9843）。該論文由我院2009屆本科畢業(yè)校友黃昕教授作為聯(lián)合第一作者和共同通訊作者。
文章簡介：
野火直接危害人的生命和財產(chǎn)安全，燃燒排放的污染物會對下風(fēng)向地區(qū)的空氣質(zhì)量、人體健康和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，其所排放的具有輻射特性的氣溶膠和溫室氣體在地球氣候系統(tǒng)中扮演著重要角色。植被生態(tài)系統(tǒng)中野火的生消演變受多種因素的影響，除人類活動外，氣象條件等自然因素起著更為重要的作用。氣象條件不僅決定植被生產(chǎn)力和燃燒季節(jié)（燃料量與可燃性），也在火災(zāi)的蔓延和演變（即火行為）中扮演至關(guān)重要的角色。正因如此，當(dāng)前學(xué)界通常將極端野火事件頻率的增加與氣候變化直接關(guān)聯(lián)。然而，野火發(fā)生頻率和強度存在多種時空尺度，在全球變暖的大趨勢短期難以改變這一背景下，更為重要的是在當(dāng)前可預(yù)報的時間窗內(nèi)（如在1-2周的天氣尺度上）認(rèn)識影響野火發(fā)生、發(fā)展和消亡的復(fù)雜理化機制與關(guān)鍵控制過程，從而為人為主動應(yīng)對與精準(zhǔn)干預(yù)以實現(xiàn)防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)支撐。
圖1 全球典型區(qū)域野火強度的天氣尺度變率及關(guān)鍵氣象要素演變規(guī)律
該研究團隊通過分析過去20年全球不同野火燃燒區(qū)的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)美國西岸和東南亞的中南半島地區(qū)的野火燃燒面積存在著顯著的天氣尺度變化，并分別在1周和2周時間尺度頻譜最強，前者受風(fēng)速和濕度控制，而后者則主要受降雨調(diào)制（圖1）。團隊進一步對2020年9月美國西海岸破紀(jì)錄超級野火事件和2004年3月中南半島森林大火開展氣象-化學(xué)全耦合數(shù)值模擬，揭示了兩個地區(qū)不同的野火天氣尺度變率和主控因子背后的機理。研究發(fā)現(xiàn)，在美國西部的地中海氣候區(qū)，野火排放的煙羽可增加氣溶膠光學(xué)厚度，通過氣溶膠-輻射-邊界層相互作用增強局地?zé)崃Νh(huán)流（更多的干熱山風(fēng)），由此引起野火區(qū)風(fēng)速的增大、濕度的減小和大火潛勢的上升，從而顯著增強野火氣溶膠的排放并導(dǎo)致峽谷城市空氣質(zhì)量的急劇惡化。然而，位于亞洲季風(fēng)區(qū)的中南半島則有所不同，抬升煙羽的輻射效應(yīng)在我國南部沿海和南海北部導(dǎo)致氣溶膠-邊界層-低云-季風(fēng)的相互作用，顯著降低南海向半島橫斷山脈東側(cè)的水汽輸送，從而減少當(dāng)?shù)氐慕邓⑦M一步延長燃燒季節(jié)。兩大地區(qū)的野火天氣反饋機制均由吸收性氣溶膠（如黑碳等）的輻射效應(yīng)引發(fā)的邊界層熱力層結(jié)和水汽輸送的改變所導(dǎo)致，但兩地野火天氣反饋作用的時空尺度不同。中南半島地區(qū)野火燃燒煙羽可被抬升至高空后沿著我國南部沿海傳輸上千公里，并伴有復(fù)雜的云與降水過程以及大尺度環(huán)流的參與，故而該地區(qū)野火天氣反饋的時間尺度較北美西岸則相對更長。
圖2 典型地中海氣候和季風(fēng)區(qū)的野火-天氣正反饋機制
此次在《Science》雜志發(fā)表的成果是黃昕教授近十年來工作的重要突破，其創(chuàng)新之處在于發(fā)現(xiàn)野火不僅是傳統(tǒng)認(rèn)識上的受氣象條件的調(diào)制，燃燒排放的氣溶膠也可經(jīng)由復(fù)雜的反饋過程顯著改變影響火行為的風(fēng)速、濕度和降水等關(guān)鍵氣象參數(shù)，進而增強野火的蔓延和擴張并產(chǎn)生更強的環(huán)境健康效應(yīng)。該發(fā)現(xiàn)對全球人口密集的沿海地區(qū)極端野火事件的預(yù)測與提前干預(yù)有重要科學(xué)支撐，也有望為我國西部和大興安嶺等復(fù)雜地形地區(qū)的山火防治提供參考；同時，該成果對全球典型地區(qū)的大氣污染防治、天氣預(yù)報、人工影響天氣以及氣候變化應(yīng)對均有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
校友簡介：
黃昕，現(xiàn)為南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院教授，2009年獲上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)士學(xué)位，本科論文獲晏乃強教授的悉心指導(dǎo)，在環(huán)境學(xué)院攻讀學(xué)士學(xué)位期間獲上海交通大學(xué)“優(yōu)秀共青團員”（2007年）、“三好學(xué)生”（2008年）等多項榮譽獎勵。她目前已在Science、National Science Review、Nature Geoscience、Nature Communications、Science Advances、PNAS 等國際期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，引用7000余次。十余項研究成果被列為ESI熱點和高被引論文，被美國Science News、Nature China等國際科學(xué)新聞機構(gòu)作為亮點報道，入選中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文、國家自然科學(xué)基金委員會優(yōu)秀成果巡禮、中國生態(tài)環(huán)境十大科技進展等。黃昕教授先后入選教育部“學(xué)術(shù)新人獎”，獲中國氣象學(xué)會“全國優(yōu)秀青年氣象科技工作者”稱號，南京大學(xué)“青年五四獎?wù)隆焙汀敖韼浇ü?biāo)兵”等榮譽獎勵，2019年獲國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金資助，2022年入選全球“高被引科學(xué)家”。
班主任孫承興：大學(xué)期間，黃昕總給人留下聰穎、踏實、溫婉的印象。學(xué)習(xí)刻苦卻也張弛有度，成績一直穩(wěn)居專業(yè)前列，多次榮獲各種獎學(xué)金及稱號。還在大學(xué)低年級時就對科研表現(xiàn)出濃厚的興趣，并且初心不改。畢業(yè)后以優(yōu)異的成績和能力保送到北京大學(xué)繼續(xù)深造。黃昕近年來在大氣環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域取得的成績，既是她長期努力與拼搏的結(jié)果，更是她為人做事時謙虛、踏實的結(jié)果。
相關(guān)論文：
1. Huang X, Ding K, Liu J, Wang Z, Tang R, Xue L, Wang H, Zhang Q, Tan Z-M, Fu C, Davis S J, Andreae MO, Ding A, Smoke-weather interaction affects extreme wildfires in diverse coastal regions, Science, 379, 6631, 457-461, https://doi.org/10.1126/science.add9843, 2023.
2. Ding K, Huang X, Ding A., et al., Aerosol-boundary-layer-monsoon interactions amplify semi-direct effect of biomass smoke on low cloud formation in Southeast Asia, Nature Communications, 12, 6416, https://doi.org/10.1038/s41467-021-26728-4, 2021.
3. Huang X, Ding A, Aerosol as a critical factor causing forecast biases of air temperature in global numerical weather prediction models, Science Bulletin, 66，18, 1917-1924, https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.05.009, 2021.