斯坦福大学的研究人员表示,卫星数据可以揭示泥炭地的易燃性

当大面积富含碳的土壤着火时,大火会向大气中排放大量的碳,并造成浓重的雾霾,东南亚的一些居民对此再熟悉不过了。2015年,泥炭地火灾造成的烟雾是致命的,印尼、马来西亚和新加坡有超过10万人过早死亡。

fire burning in Kalimantan Tengah, Indonesia 10/14/15

东南亚的泥炭地火灾给人类健康和可持续发展带来了巨大的损失。2015年10月,印度尼西亚加里曼丹登加,大火冒出浓烟。(图片来源:Aulia Erlangga / CIFOR)

由于泥炭地长期积累有机物质,未受干扰的泥炭地被认为是最有效的碳储存自然生态系统之一。如此大规模的火灾给人类健康和可持续发展带来了巨大的代价。

斯坦福大学博士研究生Nathan Dadap说:“尽管泥炭地只占世界陆地面积的3%,但据估计,泥炭地含有世界土壤21%的碳。”

为了了解亚洲泥炭地的火灾易感程度,科学家们开发了一种新的方法来测量土壤湿度,使用之前被低估的工具:卫星数据。过去30年,由于土地使用的变化,亚洲泥炭地的火灾规模和严重程度都有所增加。

由于热带泥炭地是在沼泽中发现的,那里的地面可以被浓密的植被遮盖,因此人们认为不可能使用卫星数据来监测土壤湿度。通过开发一种替代算法,斯坦福大学的科学家首次证明,通过分析遥感数据可以揭示该地区的土壤湿度,进而可以用来预测火灾风险。这项研究发表在9月9日的《环境研究快报》上。

2015年10月19日,浓重的灰色烟雾笼罩着东南亚的婆罗洲岛,在印度尼西亚和邻国引发了空气质量警报和健康警告。红色的轮廓表示传感器探测到与火灾有关的异常温暖的表面温度的热点。(点击图片放大)(图片来源:Jeff Schmaltz / NASA)

“这清楚地表明了改进火灾预测的潜力,”合著者Alexandra Konings说,他是斯坦福大学地球、能源和能源学院的地球系统科学助理教授环境科学(斯坦福地球)。“还需要更多的研究,但它为制定管理泥炭地火灾风险的长期政策打开了一扇新的大门。”

研究人员分析了2015年厄尔尼诺期间NASA土壤水分主动被动(SMAP)任务的数据,发现用棕榈油和金合欢种植园取代热带森林可以测量该地区的土壤水分。分析表明,火灾前30天土壤干燥与大面积烧伤有关。虽然降雨目前被用作该地区火灾风险的指标,但土壤湿度是评估该风险的最直接方法。

达达普说:“用降雨量作为指标的问题是,它没有考虑到当地的情况。“如果一个地区有排水管道,而另一个地区没有,但降雨量仍然相同,有排水管道的地区发生火灾的风险仍然要高得多。这就是为什么我们认为,土壤湿度可以成为捕捉地面条件的一个重要指标。”

碳汇还是化石燃料?

当泥炭地起火、土壤足够干燥时,那里的大火可能很快失控,在人口密集的雅加达和新加坡等城市的下风处造成雾霾,并引发影响全球的长期气候影响。

文莱达鲁萨兰国巴达斯,工人们在燃烧的泥炭地上安装土壤湿度和地下水位传感器。(图片来源:Nathan Dadap)

达达普说:“在2015年的泥炭火灾中,二氧化碳的排放量几乎与印度化石燃料的年碳排放总量相当。”

苏门答腊岛、马来西亚半岛和婆罗洲这一地区近95%的泥炭地已经退化——这一因素增加了对大面积火灾的易感——然而,这些土地利用的变化也使研究人员能够使用卫星数据来测量土壤湿度。达达普说,他们解释卫星数据的新方法可能也适用于其他泥炭地,那里的土地覆盖允许精确地测量土壤湿度。

科宁斯说,虽然决策者对在该地区实施以水资源为基础的管理政策表示了一些兴趣,但制定此类指导方针的措施将需要在当地进行,这一过程对这么大的一个地区来说将是极其劳动密集型的,而且在某些地区是不可行的。本研究采用的方法显示了利用卫星数据对泥炭地水文进行更详细了解的价值。

科宁斯说:“这表明,考虑到水文因素,而不仅仅是该地区经常引用的地下水位——比如土壤湿度或运河,这些因素可能比地下水位更容易绘制地图——可能有助于避免火灾的发生。”

实验室的链接

在探索泥炭地火灾易感性和土壤湿度之间的关系时,Dadap转向了基于实验室的研究来寻找支持证据。卫星数据分析表明,当土壤含水量低于一定值时,燃烧面积较大。上世纪90年代的一项实验室研究也显示,泥炭样品的着火几率远低于相同的数值。

达达普说:“这可能是最令人震惊的发现,因为我们是从卫星上测量土壤水分的——这是一个完全不同于实验室点火研究的方法。”“这是一个令人惊喜的独立比较,似乎匹配得非常好。”

出于礼貌,科宁斯还是斯坦福大学伍兹环境研究所的中心研究员,出于礼貌,他还是地球物理学助理教授。联合作者包括来自新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟和麻省理工学院的研究人员。

这项研究由美国宇航局、国家科学基金会和国家研究基金会资助。

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新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.stanford.edu/2019/09/09/satellites-reveal-peatland-fire-susceptibility/

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