基于卫星观测的伊拉克和阿富汗军事行动区燃烧源暴露评估研究

本研究针对美军在伊拉克和阿富汗军事基地人员暴露于燃烧源的问题，利用MODIS和VIIRS卫星观测数据，通过密度聚类方法识别2002-2012年间基地周边5公里范围内的持久性燃烧活动。研究发现伊拉克398个基地和阿富汗122个基地存在持续性燃烧源，包括油井燃烧和露天焚烧坑，为评估退伍军人健康风险提供了客观暴露指标。

　　

在9·11事件后的军事行动中，驻伊拉克和阿富汗的美军人员长期暴露于各种燃烧源产生的空气污染物中，其中最引人关注的是露天焚烧坑（burn pits）。这些焚烧坑用于处理包括塑料、医疗废物、石油制品等混合废弃物，其不完全燃烧产生的二噁英（PCDD/PCDF）等有毒物质浓度可达覆盖式焚烧箱的50倍。然而，由于战时环境监测数据的缺乏，对这些暴露水平的准确评估一直是个难题。

为突破这一瓶颈，由多伦多大学Meredith Franklin领衔的研究团队在《Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology》上发表了一项创新研究，首次利用卫星遥感技术系统性地描绘了2002-2012年期间美军基地周边的燃烧源分布情况。这项研究不仅为评估退伍军人健康风险提供了科学依据，也开创了将卫星观测数据用于军事环境暴露评估的新范式。

研究人员采用了几项关键技术方法：首先获取了NASA的中分辨率成像光谱仪（MODIS）Collection 6.1活跃火点数据，包括Terra和Aqua两颗卫星的每日观测；运用层次密度聚类算法（HDBSCAN）对火点进行空间聚类分析，识别持续性燃烧区域；通过5公里缓冲区将聚类结果与军事基地位置进行空间关联；利用美国陆军Buckeye系统的高分辨率影像和Google Earth进行验证；最后使用可见光红外成像辐射仪（VIIRS）数据在吉布提民用焚烧坑进行敏感性比较分析。

MODIS活跃火点检测结果

研究期间，MODIS在伊拉克检测到285,810个火点，阿富汗仅3,702个。伊拉克火点的中位检索置信度为77，中位火灾辐射功率（FRP）为21.6兆瓦（MW），显著高于阿富汗的19.9 MW，反映了伊拉克以石油天然气燃烧为主的高温燃烧特征。检索置信度分布显示两国多数检测值都偏向高置信度，模式值均为100。

HDBSCAN聚类分析结果

通过按年分层应用HDBSCAN算法，研究人员成功区分了持续性燃烧位置和异常燃烧点。在伊拉克，噪声观测仅占总检测量的1.6%，形成了92-192个年度聚类簇，每个簇的中位火点数在12-27之间。值得注意的是，2011-2012年撤军期间火点数量显著增加，可能与基地关闭前的废物处理活动有关。阿富汗的聚类结果则较为分散，噪声比例高达5.9%-18.9%，中位簇大小仅4-6个火点，反映了燃烧活动的间歇性特征。

基地周边燃烧活动

在伊拉克612个基地中，398个（65%）在5公里范围内存在火点聚类，共包含71,092个火点。这些聚类表现出高度空间集中性，中位成员概率达0.91。地理分布显示，南部巴士拉、祖拜尔和北部巴格达、基尔库克、摩苏尔附近是主要热点区域。阿富汗的435个基地中仅有122个（28%）检测到相关燃烧活动，总计776个火点，中位成员概率仅0.16，表明燃烧模式更为分散。

持续性燃烧信号

最具持续性的燃烧信号均出现在伊拉克基地，如Camp Hutch/Steelback（11年内10,235个火点）、Manchester（9,815个火点）和Camp Al Saad（7,520个火点）。这些基地附近的燃烧活动与石油天然气燃烧密切相关，其中Camp Al Saad的中位FRP达26.1 MW，显著高于以焚烧坑为主的Joint Base Balad（6.2 MW）。阿富汗的燃烧活动主要集中在东北部边境地区，大型基地如Camp Bastion和Bagram仅在第4-6年检测到聚类。

影像验证

通过高分辨率军事影像验证发现，伊拉克基地的燃烧聚类高度集中，如Camp Hutch/Steelback西南方向的持续性燃烧被确认为石油天然气燃烧，Camp Al Saad西侧的燃烧集群也源自油气作业。Joint Base Balad基地东北角的较小聚类则与焚烧坑位置吻合。阿富汗基地由于多位于山区且规模较小，火点分布更为分散，仅Camp Bastion等大型基地显示出明确的就地燃烧证据。

敏感性分析

针对MODIS检测低温闷烧火的局限性，研究团队在吉布提Camp Lemonnier基地附近的民用焚烧坑进行了MODIS与VIIRS的对比分析。结果显示，VIIRS检测到39次火情，而MODIS仅记录13次，相差三倍。VIIRS聚类中位成员概率（0.61）也高于MODIS（0.48），证明其在高灵敏度检测方面的优势。虽然两者FRP值因分辨率和算法差异不能直接比较，但VIIRS较低的FRP中值（4.3 MW）反映了其检测小规模燃烧的能力。

研究结论与讨论

这项研究首次通过卫星观测客观识别了伊拉克和阿富汗美军基地周边的燃烧源，尽管MODIS在检测低温焚烧坑方面存在局限性，但仍成功识别出大型基地的焚烧坑活动以及伊拉克显著的油气燃烧源。研究揭示了基地人员同时暴露于多种燃烧源的复杂情况，强调了除焚烧坑外，油气燃烧等工业源的重要性。

研究人员开发的暴露评估指标（如火点聚类频率、持续时间、空间范围及与基地距离）为退伍军人健康研究提供了客观、可重复的暴露度量。这些指标与部署记录结合，可构建时间分辨的基地级暴露档案，显著优于传统的自报告数据。

研究也指出了卫星观测的局限性：MODIS的1公里分辨率难以检测小规模低温燃烧；FRP在区分燃烧类型方面存在不确定性；阿富汗地区数据稀疏限制了年度指标的连续性。未来可通过VIIRS数据校正MODIS观测，或建立统计模型估算遗漏的火情。

这项研究为评估军事部署相关健康风险提供了新方法，支持了《退伍军人焚烧坑暴露认可法案》和《PACT法案》的实施，为理解燃烧相关暴露与长期健康效应之间的关系奠定了重要基础。随着卫星技术的进步，遥感数据将在环境流行病学研究中发挥越来越重要的作用。