对FireCCILT11全球烧毁面积产品的全面评估

《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》：A comprehensive assessment of the FireCCILT11 global burned area product

遥感火灾面积评估 FireCCILT11研究指出其存在准确性不足、一致性差的问题，尤其在1982-2001年间。该产品基于AVHRR数据，受卫星轨道漂移影响，与MODIS产品及各国火情记录差异显著，空间分辨率受像素化效应制约。研究强调需开发可靠长期全球火灾面积产品，并规范多源数据评估方法。

　　在全球范围内，野火是生态系统中一种常见且影响深远的现象。这些野火通常由自然因素，如雷击，或人为活动，如农业用地清理和意外点燃引发。它们在不同的生态系统中扮演着双重角色：一方面，野火在适应火灾的景观中发挥着生态调节的作用；另一方面，在人类活动影响的环境中，它们可能造成破坏。野火对植被结构、养分循环和物种组成有着深远的影响，从寒带森林到热带草原，这些影响在全球范围内普遍存在。野火不仅影响生态系统，还对社会和气候产生广泛影响。例如，在北美的西北地区，野火是空气污染下降的主要驱动因素，这对公众健康构成了重大挑战。在气候方面，森林火灾释放大量碳储存，增加了大气中的二氧化碳浓度，并在高纬度地区通过冰盖上的黑碳沉积减少了反照率。

为了应对气候变化带来的野火挑战，科学界需要深入了解其影响，无论是有益还是有害的。因此，准确地确定野火的范围（即燃烧面积）对于研究野火对环境和社会的长期影响至关重要。鉴于此，世界各地的森林和火灾管理机构已经采用多种方法来绘制野火的燃烧面积。其中，卫星遥感技术在绘制和分析燃烧面积方面发挥了核心作用，它能够系统地监测大面积、偏远且难以进入的地区中的野火情况。通过检测植被和地表反射率的光谱变化，卫星能够提供有关火灾范围、严重程度及其生态影响的重要数据。

尽管已经开发了许多基于遥感的燃烧面积产品，但长期的燃烧面积数据产品仍然十分稀缺。这类产品至少需要覆盖三十年的时间跨度，才能满足世界气象组织对气候相关趋势分析的推荐要求。然而，由于数据获取的限制，尤其是来自先进甚高分辨率辐射计（AVHRR）传感器的数据，使得长期燃烧面积产品的开发面临重要挑战。在这样的背景下，FireCCILT11产品成为唯一具备近四十年时间跨度（1982–2018，不包括1994年）的全球燃烧面积产品。该产品由欧洲航天局（ESA）的气候变化倡议（CCI）开发，基于AVHRR数据，提供全球范围内的燃烧面积地图。尽管FireCCILT11受到越来越多的关注，作为高影响力研究中的主要数据来源，但在其原始产品发布时，仅进行了有限的评估。

本文对FireCCILT11产品进行了全面评估，使用了六个数据集，包括国家火灾历史数据和独立的遥感燃烧面积产品。国家火灾历史数据来自美国、加拿大、澳大利亚和欧洲，涵盖了长期维护的火灾记录。这些数据集提供了各自覆盖区域内的火灾历史的全面描绘。遥感数据则包括两个全球燃烧面积产品：FireCCI51和MCD64A1。这些产品基于MODIS数据，广受全球火灾科学界欢迎。通过这些数据集的对比，我们发现FireCCILT11在多个方面存在显著的局限性，尤其是在2001年之前。在年度燃烧面积总量方面，FireCCILT11经常与国家记录不一致；在像素级空间一致性方面表现较差；同时，其漏检（即实际燃烧区域未被识别）和误检（将未燃烧区域错误地识别为燃烧区域）率较高。此外，像素化效应进一步降低了其空间分辨率和可用性。这些发现表明，FireCCILT11总体上不适合用于长期火灾模式的分析，特别是在其训练数据未涵盖的地区或时期。

FireCCILT11的评估还揭示了其在不同地区和不同年份之间的表现差异。例如，在美国和加拿大，FireCCILT11与国家火灾历史数据的年度燃烧面积总量存在显著不一致，而在与其他全球燃烧面积产品（如FireCCI51和MCD64A1）的比较中也显示出类似的问题。这种不一致性不仅体现在总量上，还体现在像素级的分布上。通过使用混淆矩阵进行评估，我们发现FireCCILT11在某些年份中，对燃烧像素的漏检率和误检率都非常高，尤其是在2001年之前。这种低精度的表现进一步说明，FireCCILT11在这些地区和时期中无法可靠地代表燃烧面积的真实情况。

FireCCILT11的像素化效应是其一个显著特点，尽管这一现象已经被指出，但尚未得到充分讨论。在原生分辨率为0.05°的情况下，FireCCILT11的燃烧面积地图显示出高度的像素化特征，即在许多区域中，相邻的25个0.05°网格单元的燃烧面积值非常相似。这种现象表明，FireCCILT11的有效空间分辨率实际上更接近0.25°，而不是其声称的0.05°。此外，像素化效应在空间分布上并不一致，例如，在非洲撒哈拉以北地区较为明显，而在南部则较为罕见。这种不一致性进一步削弱了FireCCILT11的空间一致性。

尽管FireCCILT11在2001年之后的北美地区表现有所改善，但其性能仍然无法超越FireCCI51和MCD64A1等已被广泛评估的全球燃烧面积产品。这些产品在精度和一致性方面表现更优，尤其是在处理小规模火灾和减少未分类区域方面。因此，在研究时间范围覆盖2001年之后的地区，FireCCILT11的使用必要性大大降低。然而，FireCCILT11仍然是唯一具备近四十年时间跨度的全球燃烧面积产品，这使其在某些情况下仍然具有一定的价值。

本文还强调了开发一种可靠且长期的AVHRR基燃烧面积产品的重要性。尽管FireCCILT11是这一方向的重要尝试，但其存在诸多质量问题，尤其是在早期数据中。为了确保未来长期燃烧面积产品的可靠性，必须采用严格的数据评估方法。这些方法应包括覆盖产品整个时空范围的训练数据，确保其能够捕捉到火灾模式的全部变化；使用与数据生产过程无关的测试数据，以避免循环验证；以及在像素级和总体统计之间进行综合评估，以提供更全面的性能分析。通过这些措施，可以为科学界提供更可靠的数据，以理解长期火灾模式及其影响。

总之，FireCCILT11作为全球燃烧面积数据产品，虽然在时间跨度上具有独特优势，但其在精度和一致性方面存在明显不足。这些不足限制了其在科学研究中的应用，尤其是在需要长期趋势分析的场景中。因此，开发一种更可靠、更一致的全球燃烧面积产品仍然是一个重要的研究方向，这将有助于更好地理解和管理全球范围内的野火现象。