入侵性草本植物扩张对南加州野火行为的潜在影响：基于WRF-Fire模型的模拟研究

本研究通过耦合火-大气模型WRF-Fire，首次模拟了南加州本地灌木植被向入侵性草本转化对2013年山地野火行为的影响。结果表明，草本覆盖增加至观测值的两倍时，因燃料负荷降低和风速增强，火势蔓延速度显著加快；但进一步扩张会因热释放减少而部分抵消促进作用。研究揭示了入侵草本可能加剧南加州野火风险的机制，为遏制其扩散提供了科学依据。

　　

摘要

非本地一年生草本植物入侵严重威胁加州原生植被，其与野火的相互作用形成"草-火循环"。研究首次利用耦合火-大气模型WRF-Fire，模拟南加州从灌木主导植被向入侵草本转化对2013年山地野火的影响。结果显示，草本覆盖增至两倍时，因燃料负荷降低和风速增加，火势蔓延更快；但进一步扩张会因热释放减少而部分抵消促进作用。这表明入侵草本扩张可能普遍加剧南加州野火风险。

引言

非本地草本入侵通过改变植被景观和野火机制影响生态系统。南加州是此类转变的热点区域，气候变化加剧干旱更促进入侵。现有研究多关注统计关系，缺乏对特定火灾事件的动态模拟。本研究选择2013年7月燃烧超11,000公顷的山地野火，通过WRF-Fire模型探讨植被变化对火灾行为的影响。

材料与方法

案例选择：山地野火发生在圣哈辛托山，首日火势最猛且主要蔓延于易受入侵的灌木区。

模型构建：采用WRF-Fire v4.4，基于Rothermal蔓延方程，设置4层嵌套网格（最高分辨率30米）。燃料数据来自LANDFIRE 2012的Anderson-13分类，燃料负荷减半以匹配实际观测。

情景设计：构建5种燃料情景（A-E），逐步将非草本植被替换为草本，使最终情景E中草本覆盖超60%。

结果

基线验证：模拟火势与观测的VIIRS和NIFC数据吻合，但侧向蔓延略大，可能与道路穿越模拟偏差有关。

火势变化：草本覆盖增至两倍（情景B）使燃烧面积增加80%，继续扩张（情景D）可达基线3倍。但极端扩张（情景E）因热释放减少导致蔓延速度回落。

机制解析：草本增加通过降低燃料负荷加速燃烧，增强火-大气反馈（风速增加）；但过度扩张会因热释放不足削弱促进作用。关键时间点分析显示，地形和燃料类型转变共同驱动火势差异。

讨论与结论

研究证实入侵草本扩张可能显著加速野火蔓延，尤其在中等扩张水平时。但极端扩张会因热释放限制形成阈值效应。未考虑燃料水分的昼夜变化是主要局限，未来需结合更多火灾案例验证结论普适性。成果为遏制入侵草本扩散以降低野火风险提供了动力学依据。

（注：全文严格基于原文缩编，专业术语如WRF-Fire、Anderson-13等保留原格式，机制结论均对应原文图表数据）