理大研究揭北極野火頻生積雪期銳減18天 牽連全球生態及氣候

香港理工大學研究團隊完成針對北極地區的全面量化評估，發現近年頻繁發生季節性大規模野火會令積雪形成延遲最少五天，並估算未來北極積雪期將縮短約18天，牽連全球生態環境。

研究團隊綜合了北極地區的衛星觀測數據，並開發基於先進機器學習演算法XGBoost的人工智能模型。

理大表示，在聯合國「冰凍圈科學行動十年」背景下，理大研究不僅凸顯應對氣候變化的緊迫性，更為全球氣候適應策略提供關鍵科學參考。

理大指，北極積雪在地球氣候系統中扮演至關重要的角色，不僅能將太陽輻射反射回太空，降低地表溫度，其融雪更是重要淡水來源，在維持地球能量平衡、水文循環及氣候規律上發揮着關鍵作用。積雪形成延後或提早融化等異常，會導致暖化加劇，並影響北極以外地區的水資源供應與森林生態碳儲存能力，進而破壞地球生態系統及生物多樣性。

該研究由理大土地測量及地理資訊學系副教授、土地及空間研究院核心成員及沿海城市氣候韌性全國重點實驗室成員王碩帶領，並與美國加州大學爾灣分校及哥倫比亞大學的學者合作開展，研究結果已刊登於國際期刊《自然氣候變化》。

衛星觀測數據顯示，隨着北極火災面積增加，積雪持續時間明顯縮短。

王碩闡釋：「氣候暖化正促使北極野火日益頻繁，規模更一再擴大，強度亦有所增強。2023年加拿大經歷了破紀錄的野火，火場總面積超過4,500萬英畝，約為過去40年年均火場面積的十倍。我們的研究旨在量化野火與積雪形成及持續時間之間的關聯機制，深化陸地與大氣層在氣候變化下相互作用的理解。」

研究團隊綜合了1982年至2018年間北極地區的衛星觀測數據，包括火災面積和積雪起始與結束日，並開發基於先進機器學習演算法XGBoost的人工智能模型，納入火災前、火災期間及火災後的一系列氣候因素（如反照率、地表溫度、氣溫等），以及火災地理位置等，評估各項因素對積雪的影響。

研究指出，野火會改變北極地區的地表性質，進而縮短區域積雪時間，而積雪減少又會影響地表的能量平衡，並延長土地暴露，導致地表變熱和乾燥，導致野火頻生且規模擴大，形成惡性循環。

衛星觀測數據顯示，隨着北極火災面積增加，積雪持續時間明顯縮短，其中2001年至2018年間，年均積雪持續期僅205天，較1982年至2000年間減少了10天。團隊進一步利用CMIP6氣候預測模型，模擬北極野火與積雪因應未來不同排放情境的變化，發現在高排放情境（SSP5-8.5）下，北極年均火場面積到2100年或會擴大2.6倍，而積雪持續期將縮減至約130天，較1950年至2014年的歷史平均值短約18天。

此外，研究亦發現大規模野火會顯著延緩積雪形成。團隊通過區域性影響分析確定，大規模野火發生後的首年，積雪起始日較火災前三年的平均值延後超過五天，而火災燒毀面積越大，延後日數便會越長。

團隊分析背後的物理機制在於火災過後地表會形成及殘留黑炭，導致地表反照率下降，地表吸收的太陽輻射量增加。這些額外能量會同時使地表溫度與近地面氣溫上升，抑制降雪累積，最終令積雪延遲形成。

王碩（右）帶領的研究團隊最近完成了針對北極地區的全面量化評估，發現頻繁發生季節性大規模野火會令積雪形成顯著延遲，積雪持續時間縮短，牽連全球生態環境。

王碩補充：「野火會改變北極地區的地表性質，進而縮短區域積雪時間，而積雪減少又會影響地表的能量平衡，並延長土地暴露，導致地表變熱和乾燥，為火季提早到來及大面積蔓延提供有利條件。這種連鎖性的回饋循環，反映了北極生態系統在面對氣候變化的脆弱。」

研究團隊期望，研究成果不僅能為預測北極未來的水文循環與氣候動態提供有力依據，同時也為評估生態系統韌性及制定有效的氣候適應策略提供科學指引，以助減緩氣候變化所帶來的連鎖衝擊。

香港理工大學（理大）科研團隊成功研發第三代智慧原位熔池精控技術「IntraSpect™」，為高端精密製造領域帶來突破性創新。

文効忠指， IntraSpect™將被動的事後檢測轉化為主動預防，大幅降低廢品率，顯著提升生產效率與產品可靠性。理大圖片

熔池是焊接過程中金屬受高能量熱源熔化形成的微型液態區域，其內部狀態直接影響焊接質量，惟傳統技術難以在加工過程中實時監測。IntraSpect™結合光學相干斷層掃描及多模態人工智能引擎，打造出可於焊接過程中以微米級精度實時監測熔池內部狀況及捕捉三維形態變化的「工業透視眼」，從源頭解決焊接缺陷這一業界難題。項目現已與多家大灣區企業合作，並積極推動技術商業化，有望延伸應用於醫療器械、航空航太等對焊接品質要求極高的領域。

IntraSpect™項目由理大工程學院院長、鄭翼之製造工程學講座教授及材料工程講座教授文効忠，及工業及系統工程學系助理教授溫燮文領導。文教授在高功率激光焊接領域深耕四十載，累積豐富產業合作經驗，深諳業界痛點和實際需求；溫教授則專注精光學儀器設計與微觀動態捕捉技術。兩位教授跨學科協作、優勢互補，使IntraSpect™的研發從起步階段便緊扣工業應用場景。

溫燮文表示，IntraSpect™能在百萬分之一秒內穿透焊接過程中產生的強光、金屬蒸氣及飛濺干擾，直接量測熔池內部的三維深度與形貌，實現微米級的實時導航。理大圖片

文効忠指：「傳統焊接監測主要依賴表面觀察或事後檢測，難以在加工過程中實時掌握熔池內部狀況，輕則導致產品報廢，帶來經濟損失，重則引發安全事故。IntraSpect™從源頭介入，在缺陷尚處萌芽階段便能即時識別和修正，將被動的事後檢測轉化為主動預防，大幅降低廢品率，顯著提升生產效率與產品可靠性。」

溫燮文解釋：「IntraSpect™猶如為焊接設備裝上『工業透視眼』，能在百萬分之一秒內穿透焊接過程中產生的強光、金屬蒸氣及飛濺干擾，直接量測熔池內部的三維深度與形貌，實現微米級的實時導航。這使機器能在焊接過程中自我修正，達到閉環智能控制。」

經實測驗證，IntraSpect™系統檢測數據與破壞性測試結果誤差低於百分之二，技術指標達國際領先水平。與同類進口產品相比，系統成本降低約一半，企業投資回報週期不足一年。團隊估算，此技術可取代高達七成的破壞性檢測流程，大幅節省材料與時間成本，同時實現百分百全量監控，為每一個焊點立建立完整的質量追溯紀錄。

IntraSpect™首階段主要應用於新能源汽車電池及智能手機等3C電子產品的精密焊接工序。團隊正積極與業界夥伴展開測試合作，將項目轉化為可落地的工業解決方案。長遠而言，技術亦具潛力延伸至醫療器械、航空航天等對焊接品質要求極高的領域。

研究項目由理大工程學院院長文効忠（右）及工業及系統工程學系助理教授溫燮文（左）領導。理大圖片

理大高級副校長（研究及創新）趙汝恒表示：「IntraSpect™充分展現理大在產學研深度融合方面的獨特優勢和潛力。我們不僅致力於前沿科技的原創突破，更著力將科研成果走出校園、走向產業、服務社會。國家『十五五』規劃強調繼續發展新質生產力，而智能製造正是以創新科技驅動產業升級的核心引擎。理大將繼續積極對接國家戰略與特區政府新型工業化政策，為粵港澳大灣區高端製造業升級貢獻力量，進一步鞏固香港作為國際創科中心的獨特地位。」

團隊寄望結合香港的科研優勢與大灣區的產業配套，為國家打造更安全、更高效、更智能的高端製造體系，同時為香港經濟高質量發展注入新動能。