加拿大北方林火活动的近期激增：基于两世纪历史变率的十年燃烧率背景分析

本文基于树木年轮学（dendrochronology）重建了加拿大五个北方林区过去两个世纪的十年燃烧率（decadal burn rates），系统评估了2023年极端林火季节的历史定位。研究发现，尽管2023年单年燃烧面积创现代记录新高，但2014–2023十年平均燃烧率在多数区域仍处于历史变率范围（historical range of variability）内，表明当前林火活动尚未整体超出生态系统长期适应边界。研究强调需结合气候驱动与生态反馈（如可燃物积累与植被转型）综合研判未来林火趋势。

　　

引言

2023年加拿大林火季烧毁约1500万公顷土地，成为自20世纪70年代有全国系统记录以来最严重的火灾事件。这一现象与气候变暖导致的火灾天气条件加剧密切相关，例如北部纬度相对湿度下降。然而，单凭现代观测数据（约50–60年）难以判断近期燃烧面积的增长是否超越了过去数个世纪的自然变率范围。历史变率（historical range of variability）代表了生态系统在多个世纪中适应的火干扰制度边界，对维持森林景观结构、功能与服务具有重要生态意义。

本研究利用树木年轮学方法重建了加拿大五个北方林区自1800年以来的十年燃烧率，旨在将近期（包括2023年）林火活动置于更长的历史背景中评估，辨析其是否超出历史变率范围。

材料与方法

研究区域与数据源

研究涵盖了加拿大东西部五个大型北方林区（图1），其中四个区域的燃烧率重建基于11项已发表的时间-自-上次-火灾（time-since-last-fire）数据，这些数据由Chavardès等人（2022）重新分析；第五个区域（东北詹姆斯湾）则基于已发表和未发表的火灾疤痕（fire scar）数据。东部数据来自九项独立研究，聚合为两个大区：东南詹姆斯湾（1057个样点）和北大西洋（185个样点）。西部两个区域的数据分别来自西北平原和伍德布法罗国家公园的研究。所有数据均通过严谨的树木年轮定年方法获取，时间分辨率为10年。

对于基于时间-自-上次-火灾的数据，使用Cox比例风险模型（Cox regression）估计十年平均燃烧率，并通过1000次自助法（bootstrapping）计算90%置信区间（CI）。对于基于火灾疤痕的东北詹姆斯湾数据，年燃烧比例通过每年燃烧单元格数除以总采样单元格数计算。

现代燃烧比例数据来自国家过火面积复合数据库（NBAC，1972–2023），年燃烧比例通过年过火面积除以燃料覆盖区（排除水体和裸岩）计算。历史变率范围定义为保守范围（90% CI或25th–75th百分位数）和扩展范围（观测到的最高十年平均燃烧率）。

结果

2023年，五个区域的年燃烧比例介于0.6%至32.5%之间，除北大西洋外均创1972年以来新高。然而，2014–2023十年平均燃烧率在多数区域仍处于历史变率范围内：北大西洋（0.07%·年^?1）和东南詹姆斯湾（0.39–0.85%·年^?1）处于保守范围内；东北詹姆斯湾（1.07–2.02%·年^?1）、西北平原（1.02–1.78%·年^?1）和伍德布法罗国家公园（0.83–1.82%·年^?1）虽超出保守范围，但仅伍德布法罗国家公园（3.56%·年^?1）略超扩展范围（3.14%·年^?1）。

模拟分析表明，未来若2023年级别极端火季频繁发生（如每5–15年一次），可能使燃烧率超出历史变率，但具体阈值因区域而异。

讨论

历史与当前燃烧率趋势及其驱动因素

众多研究指出，北美北方林在过去数个世纪经历了高燃烧率时期，随后在20世纪后半叶出现下降。驱动因素可能包括小冰期（Little Ice Age, LIA）及20世纪初尽管平均气温较低但火季干旱期频发，以及人类土地利用变化（如原住民文化用火、殖民后的火抑制政策）。近期燃烧率回升主要归因于人为气候变暖加剧火险天气，且东部区域2023年的极端火情表明增燃趋势可能东扩。

燃料积累也可能助推了2023年极端火情——20世纪后半叶的低火活动促进了可燃物连续性与储量增长。然而，在部分管理林区，采伐减少了燃料负载；同时，相较于美国南部，加拿大北方林的人类火赤字（fire deficit）可能较弱，因原住民文化用火规模较小且半数研究区域无主动灭火干预。

分析局限

本研究存在几点局限：首先，多数重建数据时间分辨率为十年，无法直接比较单年（如2023年）与历史极端年份，亦难评估东西部同期大火的历史发生情况。其次，早期年代样本量少导致估计不确定性较高，但模拟显示Cox模型估计仍准确无偏。第三，未考虑火制度其他关键方面如火规模与火强度（burn severity），而极端火天气可能加剧这些要素，即使燃烧率未超历史变率也可能侵蚀火避难所（fire refugia）。最后，结果基于大区域聚合，局部异质性未体现，故不宜直接用于地方管理决策。

基于历史变率评估未来趋势

尽管气候变暖无疑将推升未来燃烧率，但其会否持续超出历史变率仍存疑问，因生态系统负反馈可能非线性约束燃烧率增长。例如，燃烧率提升将短期减少燃料生物量，长期可能诱发植被转型（如由易燃针叶林转向抗火混交林或落叶林），甚至导致森林再生失败与非森林状态持续。在管理林区，此类反馈可能被人工经营增强。因此，追踪燃烧率相对历史变率的变化，对理解气候变化与生态反馈对火制度的综合影响至关重要。

致谢

感谢所有参与数据采集与研究的贡献者。