气候变化情景下加拿大森林与社区燃烧概率的未来演变趋势与区域响应机制研究

本研究基于多源气候情景模型（SSPs），系统评估了21世纪末加拿大森林生态系统及邻近社区的燃烧概率（Burn Probability）时空变化格局。通过整合高分辨率（30米）地形、植被与气候数据，揭示了不同共享社会经济路径（SSP1-2.6至SSP5-8.5）下燃烧概率的差异化响应规律，为林火风险管理与社区适应性规划提供了关键科学依据。

　　

引言：全球野火风险的科学挑战

全球范围内野火发生频率与强度的持续攀升已成为重大生态安全议题。加拿大作为全球森林资源最丰富的国家之一，其森林生态系统对气候变化的响应尤为敏感。预测显示，至本世纪末加拿大年均气温可能上升最高达5°C，北部地区甚至高达8°C。这种变暖趋势将伴随降水模式和生长季长度的显著变化，进而引发生物群落演替、物种组成更替以及生物与非生物干扰机制的重大变革。

研究方法与数据框架

本研究覆盖加拿大12个森林主导生态区，总面积超过6.5亿公顷。采用ClimateNA平台降尺度的气候数据，基于四种共享社会经济路径（SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0, SSP5-8.5）的8个全球气候模型集合均值，以30米空间分辨率生成2021-210年间四个时段（20年间隔）的气候投影。关键气候变量包括：气候水分亏缺（CMD）、零下度日数（DD₀）、春季降水（PPT）、温度较差（TD）和春季最高温（T_max）。

燃烧概率模型继承Mulverhill等（2024年）开发的机器学习框架，整合地形特征、植被参数（2020年基准状态）与气候变量构建预测模型。模型验证显示其与真实过火区域的吻合度高达70%（真阳性率），误报率控制在20%以内。针对160个森林毗邻社区，以25公里缓冲区内林木像素的燃烧概率中值作为风险评估指标。

未来气候驱动因子演变

分析显示所有生态区的气候水分亏缺（CMD）、春季降水（PPT）和春季最高温（T_max）均呈上升趋势，但温度较差（TD）存在显著区域分异：泰加 Shield东部生态区大幅下降，而山地科迪勒拉生态区保持稳定。零下度日数（DD₀）在所有生态区持续减少，其中泰加 Shield西部和哈德逊平原生态区减少幅度最大。

燃烧概率的时空分异规律

至2100年，全国森林燃烧概率中值较基准期（1991-2020）上升17%，不同生态区增幅介于4%-60%之间。SSP5情景下增幅最大（30%），SSP1情景最小（4%）。空间上呈现明显的北高南低格局：泰加 Shield西部（60%）、哈德逊平原（37%）和太平洋沿岸（33%）生态区增幅最大，而泰加科迪勒拉（0%）、北方科迪勒拉（3%）和山地科迪勒拉（8%）生态区变化相对平缓。

社区火灾风险格局重构

160个森林社区中绝大多数呈现燃烧概率上升趋势，但存在显著空间异质性。八大人口最多社区中，Sept-Iles（魁北克东部）在SSP5情景下增幅达80%，而怀特霍斯地区反而下降23%。这种分异与区域气候响应特征密切相关：东部社区虽然基准燃烧概率较低，但气温相对增幅更大；西部社区则因春季降水增加在一定程度上抵消了变暖效应。

年过火面积的生态启示

通过燃烧概率阈值转换估算的年过火面积（AAB）显示：SSP1至SSP5情景下2100年预计年过火面积分别为4.06、4.97、5.53和5.73百万公顷。这一结果与已有研究（1.98-16.45百万公顷）的中值估计（5.5百万公顷）高度吻合，验证了模型预测的合理性。

管理启示与适应策略

研究成果为不同尺度的森林管理提供了科学依据：

1. 1.

   社区层面可依据风险时空变化特征，优先在高风险区实施计划烧除、林木疏伐、防御空间创建等干预措施

2. 2.

   区域管理者可依据生态区响应差异，优化资源分配与应急响应布局

3. 3.

   国家层面可通过整合动态植被模型与干扰机制模拟，提升长期预测能力

技术挑战与创新方向

当前模型基于静态植被条件的假设，未来需整合森林演替、病虫害干扰等动态过程。虽然Syphard等（2018年）研究表明静态与动态植被模型的输出差异较小，但开发能够耦合气候变化-植被动态-火险反馈机制的综合模型仍是重要研究方向。

结论：迈向韧性未来的科学路径

本研究通过高精度时空模拟揭示了加拿大森林系统对气候变化的多维响应机制，证实了燃烧概率总体上升的核心趋势及其空间异质性。所生成的风险图谱可为制定差异化适应策略、优化资源分配提供量化依据，对构建气候韧性森林系统和安全社区具有重要实践价值。