前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的森林火災碳排放定量化路徑，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
森林生態系統是陸地生態系統最大的植被碳庫和土壤碳庫［1］，其碳通量對全球碳收支具有重要影響［2］，在全球碳循環和碳平衡中起著重要作用［3］．森林火災可燃物燃燒所排放的大量溫室氣體［4－5］可導致植被和土壤碳儲量的動態變化［1］，對區域碳平衡產生重要影響，破壞大氣碳平衡［5－8］，同時使自然生態系統遭到破壞［9］，對全球氣候變化和環境具有負面影響［7，10－11］，并影響生物地球化學循環，在碳循環中起著重要作用［12－13］．全球每年約1%的森林遭受火干擾［4，10，14］，森林火災排放約4Pg•a－1的碳到大氣中［15－16］，這相當于每年化石燃料燃燒排放量的70%［15］．隨著全球氣候變暖，森林火災頻率和強度將加?。?，12－13，17－18］，科學準確地計量森林火災直接排放的碳量、研究碳排放的計量模型方法，對進一步量化森林火災對大氣碳平衡的貢獻、正確評價火干擾在生態系統碳循環和碳平衡中的作用具有重要意義．同時，對于減少全球變化研究中碳平衡測算的不確定性，以及為制定科學有效的林火管理策略等也具有重要意義．為此，本文從3個方面闡述了森林火災碳排放計量模型的研究進展，并提出了提高碳排放計量定量化的3種路徑選擇． 1森林火災碳排放研究概況 1.1國外研究概況 早在20世紀60年代后期，國外就有學者研究如何計量森林火災的氣體排放量［19］．隨后許多學者對森林火災可燃物燃燒排放的碳量和含碳氣體量進行研究［4－5，7，10］．隨著氣候變化研究的深入，國外對森林火災排放溫室氣體的研究越來越多，特別是對加拿大、俄羅斯和阿拉斯加等北方林區［20］．通過室內模擬試驗和野外觀測方法，Campbell等［21］對俄勒岡2002年森林火災碳排放進行計量;Aulalr和Cart-er［22］研究了加拿大、俄羅斯和阿拉斯加北方林區因火災而直接和間接排放的碳量;Amiro等［23］對1959—1999年加拿大森林火災直接碳排放進行估算;Levine等［20］估算了全球森林火災碳排放．采用統計資料和通用計量參數，Choi等［24］估算了韓國森林火災碳排放;Kasischke和Bruhwiler［25］估算了北方林1998年森林火災碳排放;Lavoue和Stocks［9］通過加拿大森林火災統計數據估算了2000—2004年火災排放的痕量氣體;French等［26］對阿拉斯加1950—1999年森林火災碳排放進行計量．使用通用排放因子或排放比，DeGroot等［27］對加拿大森林火災中地被物的碳排放進行估算;Kasischke等［28］對北方林區森林火災中排放的碳與CO進行計量;An-dreae和Merlet［16］對全球森林火災排放的痕量氣體進行估算;Crutzen和Andreae［11］對熱帶森林火災碳排放進行估算．利用空中采樣測定參數，Cofer等［8］用直升機對北方林區火災排放因子進行測定;Sinha等［29］用飛機對贊比亞稀樹草原火災排放因子進行測定;Cofer等［30］將燃燒過程分為焰燃和陰燃，其測定的燃燒效率在0.03～0.9;French等［31］對北方林區火災碳排放中的不確定性進行分析．通過以上工作，人們進一步了解火災對大氣碳平衡的影響，但計量參數的來源多數沒有經過實際測定，而僅僅通過模型手段或估測，且參數的來源亦不同，許多通過小尺度的分析外推到大尺度上，導致計量結果存在不確定性． 近年來，各種遙感平臺與算法不斷地被應用到森林火災碳排放的計量中，對火災面積、可燃物載量、燃燒效率和火燒強度等進行估測，收到了較好效果［32］．在大尺度上利用NOAA衛星的AVHRR影像估測森林火災碳排放方面:Kasischke等［33］估測了阿拉斯加1990—1991年森林火災碳排放;JrCahoon等［32］估測了1987年西伯利亞的森林火災碳排放;Conard等［34］對西伯利亞的森林火災碳排放進行估測;Soja等［35］估測西伯利亞1998—2002年森林火災碳排放;Kaufman等［36］對亞馬遜火災碳排放中的燃燒效率進行測定，發現燃燒效率達97%，高于其他熱帶地區．在中尺度上利用MODIS影像估測森林火災碳排放方面:Turquety等［37］估測2004年北美森林火災碳排放;Hoelzemann等［38］結合火災排放模型估算全球森林火災碳排放;Korontzi等［39］估測南非森林火災碳排放;vanderWerf等［40］對熱帶和亞熱帶森林火災碳排放進行估測．在小尺度上利用SPOT影像估測森林火災碳排放方面:Isaev等［41］結合航空攝影估算了俄羅斯森林火災碳排放;Zhang等［42］估算俄羅斯每月燃燒區域與火災碳排放量的關系;Fraser和Li［14］估測北方林1949—1998年的森林火災碳排放．在小尺度上利用TM/ETM+數據估測森林火災碳排放并測定計量參數方面:Page等［43］估測印尼1997年森林大火碳排放;Michalek等［44］估測阿拉斯加森林火災碳排放;Brandis和Jacobson等［45］估測澳大利亞森林火災消耗可燃物量;Mitri和Gitas［46］估測地中海森林火災面積;Hudak等［47］估測森林火災面積與燃燒效率的相關關系．在利用多時相遙感影像估測森林火災碳排放計量參數方面:Lewis等［48］估測2004年阿拉斯加森林火災碳排放;Ito和Penner［49］對全球的生物質碳排放進行估測;vanderWerf等［50］對1997—1998年全球森林火災碳排放進行估測;DeGroot等［51］估算了加拿大野火直接排放的碳量．在利用高分辨率遙感影像估測森林火災燃燒效率方面:Lambin等［52］研究了中非地區森林火災的燃燒效率，發現不連續燃燒面積的燃燒效率比連續燃燒面積的燃燒效率低;French等［53］建立了火災面積與燃燒效率的相關關系．由于遙感數據的客觀性、宏觀性和實時性等優點，基于遙感估測森林火災碳排放是當前國際上普遍運用的方法，但由于空間分辨率等問題，其精度需進一步提高［54－55］． 1.2國內研究概況 近年來，國內學者用不同方法在各時空尺度上對我國森林火災過程中排放的碳量進行計量．基于規則可燃物燃燒計量方法，王效科等［56］對我國1959—1992年火災排放的含碳氣體進行計量;Lü等［3］結合森林資源清查資料和遙感影像估算1950—2000年我國火災所排放的碳量和含碳氣體．采用排放因子或排放比法，田曉瑞等［57］根據1991—2000年火災統計數據估算我國森林火災排放的碳量;楊國福等［58］估算浙江1991—2006年火災氣體排放量;單延龍和張姣［6］估算吉林省1969—2004年火災碳排放．使用遙感影像估測計量參數法，田曉瑞等［59］利用衛星火產品對我國2000年林火碳排放量進行估測;黃麟等［60］估測江西1950—2008年森林火災碳排放．在對生物質燃燒排放氣體進行估算方面:莊亞輝等［61］測算了我國1950—1992年生物質燃燒排放的含碳氣體;曹國良等［62］根據各省2000年生物質的消耗量，計算生物質燃燒排放清單;陸炳等［63］估算各省生物質燃燒排放清單;田賀忠等［64］估算我國2000—2007年生物質排放清單．在對森林火災碳排放計量的不確定性進行分析方面:王效科等［55］對森林火災排放含碳氣體的估算方法進行總結;呂愛鋒等［12－13］對氣候變化、火干擾與生態系統碳循環的因果關系進行闡述，并估算了含碳氣體排放．以上研究雖然能得出相對的森林火災碳排放量，但不經過實驗分析而僅通過經驗或模型手段推算大尺度森林火災對大氣碳排放的貢獻，存在較大的不確定性．#p#分頁標題#e# 通過室內控制環境實驗與野外調查相結合的方法，焦燕和胡海清［65］用排放比法得出黑龍江1980—1999年森林火災排放的含碳氣體量;呂新雙［66］對大興安嶺1980—1999年森林火災碳排放進行估算;李玉昆和鄧光瑞［67］研究了大興安嶺3種林型燃燒氣體的排放量．采用實際測定排放比或排放因子的方法，胡海清和孫龍［68］用排放因子法估算大興安嶺1980—1999年森林火災碳排放;鄧光瑞［69］用排放因子法估算大興安嶺森林火災排放的氣體;胡海清等［70］在對大興安嶺森林火災時空格局研究的基礎上估算了1980—1999年喬木碳排放;胡海清和李敖彬［71］在小興安嶺喬灌木燃燒煙氣成分分析的基礎上明確了碳排放．利用遙感數據并結合火災統計資料的方法，孫龍等［72］基于大興安嶺一類森林資源清查資料和林火資料，結合GIS技術估測大興安嶺1987年林火碳排放;殷麗［73］和田曉瑞等［74］估算2005—2007年大興安嶺林火碳排放;劉斌和田曉瑞［75］通過MODIS影像估測2010年大興安嶺呼中森林大火碳排放;王明玉等［76］通過遙感數據估測小尺度燃燒效率．通過計量參數因子測定并結合火燒跡地調查方法，胡海清和郭福濤［77］對大興安嶺喬木含碳氣體排放進行估算;郭福濤等［78］估算大興安嶺1980—2005年森林火災碳排放;Sun等［79］對大興安嶺1980—1999年森林火災碳排放進行估測．以上研究通過室內控制環境試驗與野外調查相結合的方法，通過實測數據對我國火災多發區進行研究，促進了森林火災碳排放計量的定量化，但計量參數測定方法尚需進一步完善． 目前，國內外對森林火災排放碳量和含碳氣體排放量的計量主要集中于大尺度研究，對小尺度的計量研究不多，而且主要集中于火災多發區．對火災碳排放的估算主要應用平均生物量數據，而不是應用每次火災實際消耗量，對于林型不同而導致火災碳排放的差異研究不夠深入，對燃燒效率和排放因子及排放比的測定未形成一套相對量化的標準，主要是通過實地調查進行估測．在森林火災碳排放的計量參數中，缺乏實測值，大多數參數是通過估測或直接借鑒他人的參數，這必然會影響碳排放計量的精度．因此，需要通過小尺度研究，進行實驗測定，把野外試驗和室內試驗相結合來確定計量參數．同時，應注意尺度擴展問題，利用遙感數據的優點提高估測精度，進一步量化森林火災排放的碳量和含碳氣體量的計量． 2森林火災碳排放計量模型 2.1小尺度森林火災碳排放計量模型 2.1.1森林火災總碳排放計量模型森林火災雖然是自然界普遍存在的燃燒現象，但其發生發展受多種因素的制約，從而導致對森林火災碳排放計量較困難，因此人們對森林火災碳排放的定量化計量研究起步較晚．直到20世紀60年代后期，國外才有學者研究森林火災碳排放計量問題［19］．1980年，Seiler和Crutzen［10］提出了森林火災燃燒損失生物量的計量方法，即森林火災損失生物量計量模型．迄今為止，森林火災的碳排放計量模型方法主要是基于上述模型，其表達式為:M=ABab(1)式中:M為森林火災所消耗的可燃物量(t);A為森林火災的燃燒面積(hm2);B為未燃燒前單位面積平均可燃物載量(t•hm－2);a為地上部分生物量占整個系統生物量的比重(%);b為地上可燃物載量的燃燒效率．假設所有被燒掉的可燃物中的碳都變成了氣體，根據可燃物載量的含碳率(fc)，可以計算出由于森林火災所造成的碳損失(Ct)［20，25，28，80］，表達式為:Ct=Mfc(2)通過計量森林火災中不同可燃物的碳密度［10，28，33，35］，將式(1)代入式(2)，并進行修正，使之用來計量森林火災中排放的總碳量，其表達式為:Ct=ABfcβ(3)式中:β為可燃物的燃燒效率，即單位面積森林火災過程中所消耗的可燃物占火災前可燃物的比重．通常根據式(3)計量的碳排放量小于實際排放量［21，26］，這是因為計量森林火災消耗可燃物時只考慮了地上部分(喬木、灌木、草本)可燃物的碳排放，忽略了地表部分(凋落物、地表有機質、粗木質殘體)對碳排放量的貢獻以及地下部分(土壤有機碳)的損失［3，21，23－24，55，80］．充分考慮到地表部分可燃物中凋落物、地表有機質、粗木質殘體和地下部分土壤有機碳在森林火災中不同的燃燒效率［24，27，35，80］，對式(3)進行修正，其表達式為:Ct=A(Bafcaβa+Clβl+Cdβd+Ccβc+Csβs)(4)式中:Ba為森林火災所消耗的地上部分可燃物載量(t•hm－2);fca為地上部分可燃物的含碳率;βa為地上可燃物的燃燒效率;Cl為地表凋落物的碳密度(t•hm－2);βl為地表凋落物的燃燒效率;Cd為地表有機質的碳密度(t•hm－2);βd為地表有機質的燃燒效率;Cc為粗木質殘體的碳密度(t•hm－2);βc為粗木質殘體的燃燒效率;Cs為土壤有機質的碳密度(t•hm－2);βs為土壤有機質的燃燒效率． 2.1.2森林火災含碳氣體排放計量模型 森林火災含碳氣體排放計量的前提是通過有關公式計算出森林火災所排放的總碳量，再利用排放比法或排放因子法進行含碳氣體排放量的計量．1)排放比法．一般而言，森林火災所排放的總碳量中，以CO2形式所排放的碳占90%［11，55，68，72］．因此，森林火災排放的CO2所含碳量的表達式為:CCO2=0.9Ct(5)式中:CCO2為森林火災排放的CO2所含碳量(t);Ct為可燃物燃燒排放的總碳量(t)．通過森林火災排放的CO2的含碳量和質量分數，直接計量森林火災排放的CO2量［55，77－78，80］．其表達式為:ECO2=CCO2×44/12(6)式中:ECO2為森林火災直接排放的CO2量．根據森林火災排放的某種含碳氣體量與CO2排放量的比值(排放比，emissionratio，ER)可計算各種含碳氣體的排放量［3，20］．其表達式為:ER=ΔX/ΔCO2(7)式中:ΔX為森林火災排放的某種含碳氣體的濃度;ΔCO2為森林火災中CO2的濃度．ΔX和ΔCO2均扣除了相應氣體的背景濃度．森林火災中某種含碳氣體的排放量(Es)為該氣體的排放比與燃燒中CO2的排放量之積［11，35］．其表達式為:Es=ER•Ct•EfsCO2(8)式中:ER為某種含碳氣體與燃燒中CO2的排放比;Ct為可燃物燃燒所排放的碳量;EfsCO2為燃燒中CO2的排放因子．利用式5～8可計量森林火災中各含碳氣體的排放量．但需要說明的是，用排放比法計量含碳氣體排放量時，首先需計算出CO2的排放因子，才能計量其他含碳氣體量．2)排放因子法．排放因子法指森林火災中某種含碳氣體的排放量為該氣體的排放因子與燃燒過程中排放的總碳量之積［26，80］，其表達式為:Es=Efs•Ct(9)式中:Efs為某種含碳氣體的排放因子(g•kg－1)．將式(4)代入式(9)，可得到某種含碳氣體排放量［72，80］，其計算公式為:Es=A(BafcaβaEfs+ClβlEfs+CdβdEfs+CcβcEfs+CsβsEfs)(10)通常情況下，森林火災中地上可燃物燃燒時焰燃占80%，陰燃占20%，地表可燃物燃燒時焰燃占20%，陰燃占80%［19，72］．土壤有機質在燃燒過程中主要是陰燃的過程［21，24，26，28，31，80］，因此其表達式為:Es=A［Bafcaβa(0.8Efs－f+0.2Efs－s)+Clβl(0.2Efs－f+0.8Efs－s)+Cdβd(0.2Efs－f+0.8Efs－s)+Ccβc(0.2Efs－f+0.8Efs－s)+CsβsEfs－s］(11)式中:Efs－f為森林火災中焰燃階段的排放因子;Efs－s為森林火災中陰燃階段的排放因子．#p#分頁標題#e# 對于小尺度森林火災排放碳量及含碳氣體量可用2種方法(排放比法、排放因子法)分別計量．對比2種方法，從理論上說，排放因子法比較可靠，排放比法的誤差較大，這是因為排放比在某一次森林火災中隨燃燒階段的不同而變化，并且很難同時獲取ER和EfsCO2，因而不能保證ER和EfsCO2具有良好的一致性．但目前應用排放比法估算溫室氣體排放量的報道較多［20］，主要是排放因子一般只能在控制環境試驗中取得，而在野外和大規模的火災發生時比較容易進行排放比的測定． 2.2大尺度森林火災碳排放計量模型 目前，對大尺度森林火災碳排放的計量，主要是通過小尺度研究得出相應計量參數，然后進行尺度擴展，外推到大尺度的森林火災碳排放計量中．對大尺度森林火災碳排放計量中各參數的確定主要通過小尺度的控制環境試驗以及經驗獲取進行尺度擴展，使各個參數在較大范圍內具有擴展性和適用性．然而，由于各參數都有很強的時空異質性，與計量參數的均一化要求存在矛盾，導致森林火災碳排放計量的不確定性［55］．對于大尺度火災總碳和含碳氣體排放計量時，應盡量將大尺度劃分為若干個小尺度，并盡量保持小尺度中各計量參數異質性較小．當然，尺度劃分得越小，計量結果亦會相對準確，但也將增加工作量和成本［54］．目前仍然缺乏各尺度的總碳和含碳氣體排放計量的參數值．因此，應加強室內控制環境試驗與野外火災采樣，并結合火燒跡地調查，對碳排放計量參數進行測定．遙感影像估測森林火災碳排放計量參數具有客觀性、宏觀性、周期性和實時性等優勢，是未來的發展方向，但應進一步提高估測精度． 3計量森林火災碳排放量的影響因子及測定方法 在計量森林火災總碳和含碳氣體排放量時涉及到一系列的計量參數，如何更精確地測定這些計量參數，獲得較為有效可靠的參數，使森林火災碳排放量的計量更加定量化，是森林火災碳排放計量模型研究所關心的問題．對于小尺度的定量化計量采用實地調查測量法比較可行，而且能夠定量化，但把小尺度的碳排放計量方法外推到大尺度的火災碳排放計量中，將產生許多不能定量化的問題．計量碳排放的影響因子(計量參數)主要包括森林火災面積、可燃物載量、可燃物含碳率、燃燒效率、排放因子或排放比(圖1)．同時，實際計量中還受森林類型、氣象條件、立地條件、火行為、火強度等影響，因此大尺度碳排放計量中的每一個參數都存在如何定量化的問題，從而影響計量精度． 3.1森林火災面積 森林火災面積是計量碳排放的重要參數．小尺度上估測森林火災面積的方法包括航空地圖勾繪法和地面實地調查法．地面實地調查法雖然較精確，但工作量大、成本高，不適合大尺度的應用，所以一般用地圖勾繪法進行估測．通常在大尺度上估測森林火災面積有3種方法:1)源于統計資料，包括各政府部門和世界糧農組織的統計資料［55］．2)根據經驗公式估算火災面積．如Conard等［34］利用火災周期估算俄羅斯每年的平均燃燒面積．各個國家或地區由于政治、經濟等方面的考慮，對森林火災面積的估算往往表現出不確定性［38，55］．經驗公式估算法雖然方便快捷，但缺少時空信息．前2種方法得到的火災面積不能很好地與以時空信息為基礎的計量模型相結合，因此存在局限性．3)根據遙感影像估測火災面積．隨著遙感技術的進步，圖像分辨率不斷提高，估測火災面積的精度有較大提高．在大尺度上，NOAA衛星以其時間分辨率高、空間覆蓋范圍廣、資料獲取成本低等優勢，在火災面積估算方面獲得了廣泛應用．如Kasischke等［33］用AVHRR數據估測了1990—1991年阿拉斯加森林火災面積;Fra-ser等［81］利用AVHRR數據估測火災面積;JrCahoon等［32］用AVHRR影像估測1987年中國東北和西伯利亞的火災面積．在中小尺度上用遙感影像估測火災面積方面:Zhang等［42］應用SPOT衛星數據估算俄羅斯每月燃燒區域;Isaev等［41］應用SPOT數據估測俄羅斯火災面積;Justice等［82］用MODIS數據估測全球森林火災面積;Hoelzemann等［38］用MODIS數據并結合火災排放模型估測全球火災面積;Turquety等［37］采用MODIS數據研究2004年北美火災面積;Page等［43］通過TM/ETM+數據對印尼1997年森林大火面積進行估算;Mitri和Gitas［46］通過TM數據估測地中海森林火災面積．用遙感估測森林火災面積，不斷提高估測精度是火災面積估測的發展方向． 3.2可燃物載量 作為森林燃燒的三要素之一，森林可燃物載量計量是森林火災碳排放計量的基礎．目前獲取可燃物載量的方法有地面調查法和遙感圖像法［83］．地面調查法通過大量地面調查，可以比較準確地獲得可燃物載量信息，但費用太高．遙感圖像法相對于地面調查法成本較低，是當前使用最廣泛的方法，所使用的遙感圖像從航空照片、NOAA-AVHRR、Land-satTM［45］，發展到MSS、LISSII、LIDAR［84］等．遙感影像估測森林可燃物載量的核心問題是確定每一像元所代表的可燃物載量．TM影像的高空間分辨率對于估測可燃物載量具有廣泛的應用前景［44］．如Brandis和Jacobson［45］用TM/ETM+數據估測澳大利亞森林火災消耗可燃物量;彭少麟等［85］基于TM數據應用逐步回歸技術，估測粵西的可燃物載量;國慶喜和張鋒［86］利用TM影像對小興安嶺的森林可燃物進行研究．SPOT影像對于估測可燃物載量的精度不斷提高，如Fraser和Li［14］使用SPOT影像估測北方林火災可燃物消耗;Ito和Penner［49］用多光譜遙感影像估測2000年全球生物質燃燒的載量;Lewis等［48］用多光譜遙感影像估測2004年阿拉斯加火災可燃物消耗量;DeGroot等［51］使用多時相遙感數據對加拿大火災消耗可燃物進行估算．遙感技術的進步和遙感分辨率的提高，為遙感技術在大尺度估測森林可燃物載量提供了條件． 3.3可燃物含碳率 按照一個比率(可燃物的干質量中碳所占的比重)可將森林可燃物轉換為森林碳儲量．對森林碳儲量的計量，一般用直接或間接測定植被生物量的現存量乘以生物量中含碳率進行推算．目前，國內外對不同區域森林群落組成樹種的含碳率報道較多，但在區域與國家尺度上碳儲量的精確測定僅見幾例報道［87］．在區域或國家尺度上森林植被碳儲量的估測中，由于植被類型、林齡、組成等差異，轉換率變化較大，且獲取各種植被類型的轉換率有限，所以一般采用國際上常用的轉換率0.5．國內外學者大多采用0.5作為所有森林類型的平均含碳率［55，87－88］，亦有采用0.45作為平均含碳率［57，72，88］，極少數根據不同森林類型采用不同含碳率［68］．可靠的可燃物含碳率應分林型進行試驗測定［70］．#p#分頁標題#e# 3.4燃燒效率燃燒效率 指森林火災燃燒所消耗的可燃物占未燃燒時總可燃物載量的比重，是決定可燃物消耗量的主要因子，其影響森林火災碳排放量的計量［5，70］．目前可供參考的燃燒效率較少，實際調查資料亦不多，比較可靠的燃燒效率應來自于大量的實際調查資料并結合有效的室內控制環境燃燒試驗［21］．Ka-sischke和Stocks［80］研究認為，不同的生態系統燃燒效率存在很大差異，熱帶、亞熱帶或稀樹大草原地上物質燃燒效率最高，約0.8～1，而赤道或北方針葉林的燃燒效率較低，約0.2～0.3，熱帶雨林的燃燒效率在0.2～0.25．Sinha等［29］估算贊比亞稀樹草原火災的燃燒效率為50%～90%．Kasischke和Bruh-wiler［25］通過測定不同植被的燃燒效率，建立了燃燒效率與土壤排水等級的關系．控制環境燃燒試驗能夠觀測焰燃階段和陰燃階段的氣體排放狀況，因而得到廣泛應用．Cofer等［30］把燃燒過程分為焰燃和陰燃，其測定的燃燒效率為0.03～0.9，然而試驗成本很高．許多學者采用遙感等方法來研究燃燒效率．Michalek等［44］利用TM數據估測的輕度、中度和重度火強度燃燒效率分別為23%、57%和70%．Lambin等［52］應用遙感數據研究了中非地區火災的燃燒效率，發現不連續燃燒面積比連續燃燒面積的燃燒效率低．French等［53］用遙感建立了火災面積與燃燒效率的相關關系．Soja等［35］用AVHRR影像結合實地調查確定西伯利亞火災燃燒效率為21%．Kaufman等［36］使用AVHRR影像估測亞馬遜火災碳排放中的燃燒效率(97%)高于其他熱帶地區．王明玉等［76］通過遙感數據估測大興安嶺草甸火災的燃燒效率為64.5%．遙感技術的進步為遙感估測火災燃燒效率創造了條件，是未來的發展方向． 3.5排放比 排放比指森林火災排放氣體中扣除相應氣體背景濃度的某種含碳氣體量與CO2釋放量的比值．目前，用于測定含碳氣體排放比的方法可分為5種［55］:微型燃燒試驗、受控環境燃燒試驗、地面采樣試驗、空中采樣試驗、衛星遙感技術．這5種技術各有優缺點，均可用來測定排放比．Ito和Penner等［49］研究表明，CO、CH4和NMHC對CO2的排放比范圍分別為4.7%～25%、0.3%～2.2%和0.3%～23.4%．由于森林火災發生區域、燃燒階段和燃燒組分的不同，其排放的含碳氣體的排放比亦不同，如陰燃階段處于一種不完全燃燒狀態，有較多的CO、CH4和NMHC氣體釋放出，而在焰燃階段則有較多的碳被氧化成CO2排出．莊亞輝等［61］建立了動態與靜態燃燒室，對暖溫帶喬木、灌木與草本進行規模不同的燃燒試驗，測得痕量氣體的排放比．Hoelzemann等［38］利用火災模型測定了火災排放氣體的排放比．焦燕和胡海清［65］通過控制環境試驗得出各種含碳氣體的排放比．要得到較為有效的排放比，應通過多次測定求均值的方法獲?。? 3.6排放因子 排放因子指單位干可燃物在燃燒過程中所排放的某種氣體量［3］．排放因子主要通過控制環境燃燒試驗測定，即在試驗過程中取少量樣品，通過控制環境的方法得到森林火災中某種含碳氣體的排放量與森林火災總碳排放量之比［68］．第2種方法用煙氣中某一組分的量除以所有含碳氣體組分的總碳量．這2種方法各有優點，第1種方法可獲得整個燃燒過程中不同時期和總的排放因子;第2種方法可從空中進行采樣，得到各氣體濃度組成后，再計算各氣體的排放因子．Cofer等［8］用直升機采樣對北方林區森林火災的排放因子進行測定．Kasischke和Bruhwil-er［25］對1998年北方林含碳氣體排放因子進行測定．Campbell等［21］對俄勒岡2002年森林大火的排放因子進行測定．王效科等［56］測定CO2、CO、CH4和NMHC的排放因子分別為82%～91%、2.2%～9.1%、0.1%～0.5%和0.04%～1%．Korontzi等［39］利用室內控制試驗測定火災排放因子．排放因子的測定受各種因素影響，要獲取比較準確的值，應對不同可燃物不同燃燒階段進行試驗測定． 4計量森林火災碳排放量不確定性的原因 4.1森林生態系統的異質性和復雜性 森林生態系統受降水、溫度等因素影響，加之樹種、群落結構、林齡、林型等的不同，造成森林生態系統具有較強的異質性［55］．正是這些異質性，以及火災發生時受可燃物載量、溫度、濕度、風速、風向、地形等因子影響，會產生不同的火行為，導致碳排放計量參數確定的困難．王效科等［56］研究發現，我國單位面積森林火災釋放的CO2、CO和CH4量主要受森林群落生物量影響，吉林、西藏和青海的森林生物量較大，單位面積森林火災的碳排放量亦較大，生物量較低的廣東和江蘇的排放量較低．Lü等［3］估算1950—2000年我國森林火災碳排放時發現，碳排放量存在較大的空間差異．Hoelzemann等［38］利用MODIS數據估測全球森林火災碳排放時發現，碳排放分布具有很強的時空差異．森林生態系統的異質性是導致碳排放模型參數測定困難的主要原因． 4.2火災面積數據來源不規范 火災面積數據來源多樣化(有政府部門統計資料，亦有遙感數據)且不規范．同時，不同地區對森林火災面積的界定存在差異，有些把過火面積認定為火災面積，亦有把過火林地面積認定為火災面積，還有通過火強度來確定火災面積，還有些地區對火災面積的統計處于空白．雖然利用遙感數據估測火災面積比較客觀，而且目前估測火災面積的精度有了較大提高，但缺乏統一的確定火災面積的規范，仍不能滿足需要．不同學者使用不同分辨率的遙感影像獲取火災面積．如JrCahoon等［32］利用AVHRR數據估測1987年中國東北和西伯利亞的火災面積;Hoelzemann等［38］用MODIS數據估測全球火災面積;Zhang等［42］用SPOT數據估算俄羅斯火災面積;Mitri和Gitas［46］用TM數據估測地中?；馂拿娣e;Lewis等［48］用多光譜遙感影像估測2004年阿拉斯加火災面積．雖然使用遙感數據估測火災面積有了較大進展，但由于精度問題，仍需進一步深入研究．5期胡海清等:森林火災碳排放計量模型研究進展1429 4.3可燃物載量的數據不準確 受各種因素的交互作用，加之實測數據的獲取尚缺乏統一標準，不同學者對火災中可燃物消耗量的計量方法差別較大．如DeGroot等［27］對加拿大森林火災消耗可燃物量進行實地調查．而采用遙感影像估測森林可燃物載量能減少地面調查工作量，在結合少量樣地資料的基礎上，能夠較準確地估計可燃物載量［54］．Page等［43］通過TM/ETM數據對印尼1997年森林大火可燃物消耗進行估測;田曉瑞等［59］利用衛星火產品對我國2000年森林火災可燃物消耗量進行估測;Fraser和Li［14］用SPOT影像估測北方林1949—1998年火災消耗可燃物量;Isaev等［41］應用SPOT數據結合航空攝影估算了俄羅斯火災所消耗可燃物;Soja等［35］通過遙感數據利用可燃物模型估測西伯利亞火災消耗可燃物．由于各種原因，仍需提高對可燃物載量的估測精度．因此，建議使用更高分辨率遙感影像，選擇更合適的中間特征以及它們與可燃物載量的關系模型，使用連續變量來描述可燃物載量的變化，不斷提高估測精度．#p#分頁標題#e# 4.4燃燒效率的確定缺乏標準 燃燒效率不僅直接影響可燃物消耗量，且間接影響森林生態系統中各個碳庫的變化．燃燒效率受火災類型、植被類型、火燒持續時間、火強度、立地和氣象條件等多因素交互影響，但由于實驗室和室外自然條件下對燃燒效率測定的難度大、可操作性差，而且成本高，因此，國內外對于燃燒效率的報道均十分有限．Kaufman等［36］基于AVHRR影像的亞馬遜火災的燃燒效率(97%)高于其他熱帶地區．Lewis等［48］利用多光譜遙感影像估測阿拉斯加森林火災燃燒效率時發現了其時空差異性．王明玉等［76］估測大興安嶺草甸火燃燒效率在44.4%～90.6%．Sinha等［29］估測贊比亞稀樹草原火災的燃燒效率在50%～90%．Lambin等［52］應用遙感數據研究了中非火災的燃燒效率，發現不連續燃燒面積比連續燃燒面積的燃燒效率低．Korontzi等［39］用多時相遙感影像對南非森林火災的燃燒效率進行測定．Hudak等［47］發現，用TM影像估測的燃燒效率隨火災面積的變化而改變．雖然比較可靠的燃燒效率應來自于大量的實際調查資料并結合有效的室內控制環境燃燒試驗，但由于工作量大和成本高，相關報道較少．因此，在今后的研究中，應使用遙感數據不斷提高燃燒效率估測的精度． 4.5排放比和排放因子測定的復雜性 受各種條件的限制，只能在特定條件下選取有限的樹種，進行野外試驗采樣或室內控制環境狀態下進行有限試驗，測定特定時間和階段排放氣體的排放比或排放因子．然而，由于森林火災均在開放的森林生態系統中發生，而且在立地條件、可燃物狀況、氣象條件等影響下火行為瞬息萬變，從而造成排放氣體組成隨時發生變化，增加了測定的難度，導致室內測定值與野外真實火災的參數值相差較遠．Cofer等［8］用直升機采樣對北方林火災的排放因子測定時發現不同燃燒階段差異較大．Kaufman等［36］對亞馬遜森林火災的排放比和排放因子進行測定，發現其測定值與北美洲相近．Andreae和Merlet［16］研究發現，不同樹種火災排放因子和排放比的差異較大．Korontzi等［39］研究發現，南非森林火災的排放因子存在較大的時空異質性．如何科學有效地測定排放比和排放因子，仍存在許多挑戰性［70］．由于燃燒過程中焰燃和陰燃分配的不同，以及可燃物和氣象條件的差異，應通過大量的室內燃燒試驗與野外空中采樣試驗，獲取可靠有效的排放比和排放因子． 5研究展望 對于整個生態系統而言，森林火災的影響是復雜長期的生態過程，尤其對生態系統碳循環的影響機制更為復雜，除了直接排放碳和含碳氣體、造成生態系統碳的凈損失［40，89－90］以及影響大氣碳平衡外，還會對生態系統碳循環過程、土壤的物理化學性質、生物過程產生間接影響，其間接作用是通過改變生態系統組成、結構和功能來影響對碳的排放和吸收，主要表現為改變生態系統年齡結構、物種組成與結構［80］、葉面積指數，從而影響生態系統凈初級生產力，對火燒跡地恢復過程中的碳收支產生重要影響，進而對全球碳循環產生重要作用．森林火災對森林生態系統碳循環的間接影響還表現在火后火燒跡地土壤呼吸的變化，火后未完全燃燒可燃物由于分解作用而產生的碳排放，以及火后植被恢復中對碳的吸收與排放等方面．Amiro等［91］研究發現，火災后對生態系統CO2通量產生重要影響．Auclair和Cart-er［22］對高緯度北方林火后的碳通量進行研究，發現火后的間接碳排放是火中直接碳排放的2倍多．Dixon和Krankina［92］對俄羅斯的火后碳排放進行研究發現，其間接碳排放是直接碳排放的2倍．許多學者在研究森林火災碳排放時發現，由于可燃物的不完全燃燒而產生的黑碳(blackcarbon)在生態系統碳循環中具有碳匯功能［4，7，20，92］．森林火災對生態系統碳的吸收與排放產生重要影響，如何正確理解森林火災與生態系統碳循環的關系，并發揮森林火災作為干擾因子在碳循環中的作用，是需要進一步研究的課題． 森林火災作為生態系統碳循環的一個重要組成部分，其發生發展受多種因素的影響，對全球的碳循環及氣候變化產生重要作用．正確理解氣候變化、森林火災干擾和生態系統碳循環之間的邏輯循環關系［13］，對森林的可持續管理，特別是在全球氣候變暖背景下，為政府部門制定科學有效的林火管理策略、充分發揮火干擾在碳減排增匯、維護生態系統碳平衡與穩定中的作用均有重要意義．但由于森林火災的影響范圍廣、程度深，影響的機制非常復雜，因此要全面了解森林火災在全球碳循環中的作用、對生態系統碳平衡的各種影響尚需深入探討．本文綜述了森林火災直接碳排放和含碳氣體排放計量的研究進展，對計量模型中的參數測定與影響因子進行探討，并對影響計量參數的不確定性原因進行分析．對于森林火災發生后以及火燒跡地恢復過程中的碳排放與碳吸收，由于其機理的復雜性和影響因子的多樣性，本文并未深入分析．對于森林火災對全球碳循環的影響，本文只闡述了森林火災直接碳排放對全球碳循環的直接影響，對于森林火災后間接碳排放，因機制復雜、需研究的內容較多、涉及多學科交叉等原因，另文進行闡述． 森林火災直接碳排放的計量已廣泛開展并取得一定成果，這對評價森林生態系統對全球氣候變化的影響和在全球碳循環中的作用有著重要意義，但因森林生態系統的異質性，如何提高計量參數測定的可操作性和準確性，仍然是碳排放計量的關鍵問題．目前需在以下3方面進一步深入研究: 1)使用高分辨率遙感影像估測森林火災面積和可燃物載量．遙感作為重要的信息來源，可提供較客觀實時的全球植被信息和周期性監測，這為森林火災碳排放計量參數的測定提供了條件．遙感估測森林火災面積和可燃物載量在不同尺度上有利于擴展，在某些工作上取得了較好效果，但估測缺乏統一標準，精度尚不能滿足要求，因此今后應使用新的遙感平臺、改進算法、使用更高分辨率和多光譜、多時相遙感影像、采用新圖像、發揮“3S”集成技術的作用，積極開展森林火災面積估測研究，并提高估測精度．森林生態系統的復雜性決定了必須采用遙感數據、森林資源清查數據等多源數據融合的方法來獲取森林可燃物信息，這也是達到大面積全覆蓋和較高估測精度的較好方法．當前遙感領域特別注重發展數據融合、協同反演、數據同化等技術．今后應把遙感數據和有效可燃物模型進行結合，運用多元線性回歸與非線性回歸相結合的方法，提高可燃物載量估測的準確率與精度，避免衛星遙感的軌道偏離、云覆蓋等影響估測精度的因素．同時，建立森林火災數據庫，包括森林火災面積、可燃物載量等信息，以利于實施科學合理的林火綜合管理，發揮火干擾在碳循環中的積極作用．#p#分頁標題#e# 2)利用高分辨率遙感圖像估測森林火災的燃燒效率．應采用多時相、多光譜高分辨率的遙感影像，結合室內控制環境試驗、野外試驗、空中采樣以及火燒跡地調查，采用復合燃燒指數，并根據森林生態系統的差異確定有效可靠的燃燒效率，提高對森林火災燃燒效率的估測精度． 3)通過大量室內燃燒試驗和野外空中采樣來確定排放因子和排放比．根據生態系統的特點，通過分階段多次測定求均值來減少誤差，建立森林火災排放氣體的排放比和排放因子數據庫．排放因子和排放比直接影響森林火災含碳氣體排放的定量計量，為確定可靠有效的排放因子和排放比，必須通過大量室內燃燒試驗和野外空中采樣來確定參數值，優化測定方法，提高測量精度，強化野外點燒等試驗確定較普適性的參數，為計量森林火災的含碳氣體排放提供有力支持．
