前所未有的加拿大山火還在燃燒，美國超5000萬人飽受污染之苦

圖源：Pixabay

撰文｜邱明昊

責(zé)編｜馮灝

這次的山火污染有多嚴重？

自2023年5月以來，超過2000起山火在加拿大全境蔓延，其嚴重程度史無前例。截止到7月5日，加拿大全國的過火面積已經(jīng)超過800萬公頃。即使才步入7月，2023年已經(jīng)成為有歷史數(shù)據(jù)的四十年來加拿大山火燃燒面積最高的一年（圖1）。

圖1 ?2023年是有數(shù)據(jù)以來加拿大山火最嚴重的一年。數(shù)據(jù)來源：Canadian Interagency Forest Fire Centre[1]

盡管這次山火的起因仍有待進一步的研究，氣候變化在其中無疑起到了推波助瀾的作用。今年加拿大的氣溫明顯高于往年同期，部分地區(qū)5月溫度較平均溫度高出多達5攝氏度。極端的高溫天氣非常有利于野火的產(chǎn)生和擴散?？茖W(xué)家們預(yù)計，由于氣候變暖和干旱條件的加劇，北美很多地區(qū)山火風(fēng)險將在未來顯著升高。

這次山火之所以特別引人關(guān)注還因為它所產(chǎn)生的嚴重空氣污染。6月初在魁北克省發(fā)生的大規(guī)模山火，火點距離加拿大-美國邊境不遠。風(fēng)勢將大量的煙塵顆粒物傳輸?shù)搅嗣绹硟?nèi)，特別是人口稠密的美國東北部地區(qū)。美國各大媒體紛紛在6月初對此進行了報道。美國總統(tǒng)拜登也在社交媒體上呼吁普通人做好防護（圖2）。6月底，加拿大山火產(chǎn)生的煙塵則飄過大西洋，傳到了歐洲等國。

圖2 ?美國總統(tǒng)拜登發(fā)布推特建議民眾保護好自己。

根據(jù)斯坦福大學(xué)研究團隊的估算（筆者是該研究的參與者），2023年6月7日和8日兩天是美國自2006年以來山火污染最嚴重的兩天（圖3）。在這兩天中，有超過5000萬美國人生活在嚴重的PM2.5污染條件下（24小時平均超過50微克/立方米）。與2020年西部地區(qū)的山火污染事件相比，盡管這次山火的污染物水平較低，但由于東海岸的人口密度較高，此次山火污染對美國的健康影響仍是歷史上最嚴重的。

這也是美國東部地區(qū)首次經(jīng)歷如此嚴重程度的山火污染（圖4）。在此之前，美國的山火污染多集中在美國西部。斯坦福大學(xué)2022年的研究顯示，從2006年到2020年期間，美國西部地區(qū)極端山火污染天數(shù)顯著增加，而美國東北地區(qū)受到的影響則相對較小[2]。然而，這次的事件告訴我們，美國的東部地區(qū)也可能會受到山火污染的顯著影響。

圖3 ?美國山火污染最嚴重的5天中有3天都來自2023年6月的污染事件（數(shù)據(jù)記錄從2006年開始）。數(shù)據(jù)來源：美國環(huán)境保護署、斯坦福大學(xué)研究團隊。

圖4 ?紐約山火PM2.5在2023年6月來到新高。數(shù)據(jù)來源：美國環(huán)境保護署、斯坦福大學(xué)研究團隊。

山火污染日益成為決定美國空氣質(zhì)量的關(guān)鍵因素

如果拋開山火產(chǎn)生的空氣污染不談，美國的空氣質(zhì)量其實一直在改善。從2000年有穩(wěn)定的PM2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)以來，全美平均PM2.5濃度在20年間下降了50%。這一下降主要是由于能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型，特別是天然氣對煤炭的替代（天然氣對PM2.5的影響遠小于煤炭），以及一系列針對人為污染源的空氣質(zhì)量改善政策。

然而從2015年開始，這一下降趨勢不斷放緩。在許多區(qū)域（特別是美國西部），PM2.5濃度不降反升。山火產(chǎn)生的PM2.5在其中起到了決定性的影響。

圖5??美國各個地區(qū)2000-2023年間PM2.5濃度，多數(shù)地區(qū)PM2.5下降的趨勢在2015年前后開始放緩，山火產(chǎn)生的PM2.5在很大程度上逆轉(zhuǎn)了過去20年美國空氣質(zhì)量改善的趨勢。圖源[3]

根據(jù)斯坦福大學(xué)的研究，山火產(chǎn)生的PM2.5占到全部PM2.5的30%（在2010年前只有不到10%）。山火導(dǎo)致的PM2.5增加量相當于美國之前15年間（2000-2015年）PM2.5下降量的25%。在美國西部一些州，這個比例甚至達到了50%。也就是說，山火產(chǎn)生的PM2.5在很大程度上抵消了空氣質(zhì)量的改善趨勢[3]。隨著低碳轉(zhuǎn)型的推進，化石燃料燃燒產(chǎn)生的PM2.5將持續(xù)減少。山火產(chǎn)生的PM2.5的重要性將愈發(fā)凸顯。

山火污染對人有什么影響？

PM2.5污染嚴重影響人體健康。它會導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)、心血管疾病和癌癥風(fēng)險的增加，死亡率上升。PM2.5還會影響人的心理健康和認知能力，造成學(xué)生考試成績的下滑、工人勞動效率降低等等。然而之前的研究主要關(guān)注人為污染源產(chǎn)生的PM2.5，山火污染對于健康的影響依然是一個前沿的科學(xué)問題，存在許多不確定性。

問題1: 山火產(chǎn)生的PM2.5比其他來源的PM2.5更有害嗎？

PM2.5是一種化學(xué)意義上的混合物，包括污染源直接排出的一次污染物（比如黑炭和沙塵）和許多在大氣中二次化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的污染物。不同污染源產(chǎn)生的PM2.5組分各有不同：山火產(chǎn)生的顆粒物包括大量的有機物，與其他工業(yè)、交通等產(chǎn)生的顆粒物有顯著不同。了解不同組分顆粒物的健康效應(yīng)，能幫助我們更好地制定相應(yīng)的政策法規(guī)和排放標準。

與其他污染源相比，山火產(chǎn)生的顆粒物對人體健康更有害嗎？發(fā)表在Nature Communication的一項研究利用加州山火時的獨特風(fēng)向和衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在1999-2012年間，等量的山火PM2.5對呼吸系統(tǒng)疾病產(chǎn)生的影響是其他PM2.5的2-10倍[4]。

問題2: 山火發(fā)生時，待在室內(nèi)就可以減少污染的影響嗎？

當山火發(fā)生時，媒體和政府通常建議民眾減少外出、盡量留在室內(nèi)。留在室內(nèi)是否可以降低山火污染對我們每個人的影響呢？總的來說，待在室內(nèi)對于減少山火污染的影響是有幫助的，但具體的程度并不確定。

研究人員通常使用室外與室內(nèi)污染濃度之比（滲透比，infiltration ratio）來衡量這種影響。這一比值越高（越接近1），則待在室內(nèi)能提供的保護就越小。而這一比值越低（越接近0），則說明待在室內(nèi)所能給人們提供的保護越大。

發(fā)表在Nature human behaviour的一項研究發(fā)現(xiàn)，在加州山火期間，加州房屋的平均滲透比約為15%[5]。換句話說，空氣污染每上升一個單位，室內(nèi)污染上升0.15個單位。然而，15%只是一個平均值，研究人員發(fā)現(xiàn)在加州的樣本中，不同住戶的滲透比差異非常明顯，范圍從接近0%到高達60%不等。有些房屋隔絕污染的效果很好，而其他則不然。有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，滲透比與居民的收入、房屋質(zhì)量、房屋年限等因素并沒有強烈的相關(guān)性。他們推測，這種差異可能主要受到居民行為的影響，例如是否使用空氣凈化器、是否開窗等。

圖6 ?紐約山火期間室內(nèi)與室外PM2.5濃度的對比。

應(yīng)對山火風(fēng)險，未來的空氣質(zhì)量政策應(yīng)如何制定？

近幾十年來，各國對于空氣污染的治理都積累了一定經(jīng)驗。我國的空氣質(zhì)量從2013年開始得到顯著改善，全國平均PM2.5濃度在十年間下降了將近50%。美國在1970年通過的《清潔空氣法案》則被譽為該國歷史上最成功的環(huán)境法案之一。

然而，現(xiàn)有的空氣質(zhì)量政策很難適用于山火產(chǎn)生的污染。

美國的《清潔空氣法案》根據(jù)空氣質(zhì)量，將不同的縣分為“符合標準”和“不符合標準”兩類，并強制要求不符合標準的地區(qū)采取措施改善空氣質(zhì)量。然而，山火產(chǎn)生的PM2.5污染則被視為“偶發(fā)事件”（exceptional event），不納入上述評估。這也就是說，一個山火污染嚴重的地區(qū)依然可以在空氣質(zhì)量上“達標”，而不需采取任何額外措施。這本是為了防止偶發(fā)的重污染事件對各地區(qū)造成過大的環(huán)保壓力。然而，隨著山火問題日趨嚴重，它是否仍可被認為是“偶發(fā)事件”，也受到越來越多的爭議。

我們對山火污染目前也沒有很好的治理方法。與工廠、機動車這些人為污染源不同，我們不可能給森林加裝尾氣凈化器。應(yīng)對山火風(fēng)險最有效的政策，目前看來，應(yīng)該是對森林進行更好的管理，比如在美國的政策討論中最受關(guān)注的計劃燒除（prescribed burn）。

“計劃燒除”即定期在可控制的范圍內(nèi)對森林進行燃燒。因為燃燒是在專業(yè)人員的指導(dǎo)下進行的，燃燒規(guī)模相對可控，產(chǎn)生的污染也相對低。這樣通過頻繁、低污染的計劃燒除降低森林中的燃料量，可以避免形成規(guī)模巨大的森林大火。

據(jù)估算，美國加州未來每年需要對超過40萬公頃的土地進行計劃燒除和森林修剪。這是加州現(xiàn)有規(guī)模的20倍[6]。然而，計劃燒除的大規(guī)模普及面臨著許多政策上和經(jīng)濟上的阻礙。首先，計劃燒除的申辦手續(xù)非常繁瑣，并且價格高昂，為達到40萬公頃計劃燒除的目標，加州政府每年需要花費20億美元（相當于加州消防系統(tǒng)全年預(yù)算的50%）。其次，雖然美國的空氣質(zhì)量評價體系不考慮山火產(chǎn)生的污染，但計劃燒除這一人為活動產(chǎn)生的污染卻會被考慮在內(nèi)。這進一步降低了地方政府進行計劃燒除的意愿。除此之外，美國復(fù)雜的土地所有權(quán)制度也讓在私人土地上進行計劃燒除幾乎不可能實現(xiàn)。

山火、空氣質(zhì)量、碳中和

我國有24%的土地面積被森林覆蓋。森林防火一直受到高度重視。根據(jù)國家林業(yè)局頒布的《全國森林防火規(guī)劃（2016-2025年）》，我國在“十二五”期間，年均發(fā)生森林火災(zāi)3992起，受害森林面積1.7萬公頃。這些數(shù)字相比于“十一五”期間下降超過60%[7]。

盡管森林疆域遼闊，我國現(xiàn)階段受山火影響的森林面積相對較小，“十二五”期間受害森林面積僅相當于森林總面積的0.005%。然而，我國森林防火在未來仍面臨諸多考驗。氣候變化導(dǎo)致的全球變暖將導(dǎo)致極端山火的風(fēng)險顯著增加。Earth System Science Data最近發(fā)表的一項研究發(fā)現(xiàn)，當全球升溫超過3攝氏度時，十年一遇的極端山火強度將增加30%[8]。

山火產(chǎn)生的污染物在我國PM2.5濃度中的占比很難確定。目前僅有一項研究估算認為，非農(nóng)業(yè)燃燒只占我國PM2.5的1-2%[9]。盡管如此，隨著我國下一階段空氣質(zhì)量政策的推動，人為源產(chǎn)生的PM2.5將進一步降低，山火這類“自然污染源”將愈發(fā)不能忽視。

除了導(dǎo)致空氣污染外，山火排放的二氧化碳也會對全球氣候產(chǎn)生重要的影響。在美國加州，2020年山火所產(chǎn)生的二氧化碳相當于2019年全部溫室氣體排放的30%[10]。盡管山火產(chǎn)生的二氧化碳與化石能源燃燒的排放不能被直接比較（植被會在山火后逐漸恢復(fù)并吸收二氧化碳），但是山火所產(chǎn)生的巨量二氧化碳排放依然不容忽視。

山火也會對各國應(yīng)對氣候變化、實現(xiàn)碳中和目標產(chǎn)生復(fù)雜的影響。增加森林覆蓋率以提高碳匯是許多國家碳中和規(guī)劃中的重要一步。例如，中國國家發(fā)改委就提出，“擴大林草面積，鞏固提升碳匯能力”是我國達到碳達峰、碳中和的重要舉措[11]。然而，森林面積的增加也意味著更高的山火風(fēng)險，山火的肆虐也將進一步影響森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力。未來，山火管控應(yīng)該不再只是林業(yè)部門的問題，山火相關(guān)政策應(yīng)該成為空氣質(zhì)量和氣候變化政策的重要組成部分。

參考資料：

[1]?Canadian Interagency Forest Fire Centre.?https://ciffc.net/statistics

[2]?Childs, Marissa L., Jessica Li, Jeffrey Wen, Sam Heft-Neal, Anne Driscoll, Sherrie Wang, Carlos F. Gould, Minghao Qiu, Jennifer Burney, and Marshall Burke. "Daily local-level estimates of ambient wildfire smoke PM2. 5 for the contiguous US."Environmental Science & Technology56, no. 19 (2022): 13607-13621.

[3] Burke, Marshall, Marissa L. Childs, Brandon De la Cuesta, Minghao Qiu, Jessica Li, Carlos F. Gould, Sam Heft-Neal, and Michael Wara.Wildfire influence on recent us pollution trends. No. w30882. National Bureau of Economic Research, 2023.

[4] Aguilera, Rosana, Thomas Corringham, Alexander Gershunov, and Tarik Benmarhnia. "Wildfire smoke impacts respiratory health more than fine particles from other sources: observational evidence from Southern California."Nature communications12, no. 1 (2021): 1493.

[5] Burke, Marshall, Sam Heft-Neal, Jessica Li, Anne Driscoll, Patrick Baylis, Matthieu Stigler, Joakim A. Weill et al. "Exposures and behavioural responses to wildfire smoke."Nature human behaviour6, no. 10 (2022): 1351-1361.

[6]https://calmatters.org/environment/wildfires/2022/11/wildfire-prevention-biomass-climate-forest/

[7]全國森林防火規(guī)劃（2016-2025年）。

https://www.gov.cn/xinwen/2016-12/29/content_5154054.htm

[8]Quilcaille, Yann, Fulden Batibeniz, Andreia FS Ribeiro, Ryan S. Padrón, and Sonia I. Seneviratne. "Fire weather index data under historical and shared socioeconomic pathway projections in the 6th phase of the Coupled Model Intercomparison Project from 1850 to 2100."Earth System Science Data15, no. 5 (2023): 2153-2177.

[9] McDuffie, Erin E., Randall V. Martin, Joseph V. Spadaro, Richard Burnett, Steven J. Smith, Patrick O’Rourke, Melanie S. Hammer et al. "Source sector and fuel contributions to ambient PM2. 5 and attributable mortality across multiple spatial scales."Nature communications12, no. 1 (2021): 3594.

[10] Jerrett, Michael, Amir S. Jina, and Miriam E. Marlier. "Up in smoke: California's greenhouse gas reductions could be wiped out by 2020 wildfires."Environmental Pollution310 (2022): 119888.

[11]國家發(fā)改委：提升林草碳匯潛力助力碳達峰碳中和目標實現(xiàn)。https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/jd/jd/202111/t20211108_1303400.html