《Ecological Modelling》：A collaborative, cloud-based decision support system for structured wildfire risk mitigation planning
编辑推荐：
本刊推荐：为应对野火风险减缓规划中工具分散、数据静态及协作流程难以扩展的挑战，研究人员开发了Vibrant Planet Platform (VPP)。该云端决策支持系统整合了FSim、FVS、ForSys等验证模型与高分辨率数据，实现了从风险评估到减缓策略优化的全流程支持。研究通过多层级验证框架证实了平台在景观尺度（可达数百万公顷）协同规划中的实用性，为生态管理工具提供了严谨、透明且参与式的新范式。
随着全球气候变化和人类活动对自然干扰体系的深刻改变，野火已成为威胁生态系统和人类社会安全的突出问题。超过60%的全球生态区出现火情退化，导致生物多样性丧失、古老森林减少、生态系统服务受损及社区经济遭受冲击。尤其在季节性干旱生态区，土地利用变化、火情频率改变、燃料积累及气候变暖的叠加效应，使得野火对生态和人类的危害日益严峻。然而，传统的管理策略仍以事后灭火为主，这种被动应对不仅效果递减，还可能因长期压制火情导致燃料过度积累，反而增加未来火灾的严重性。
在此背景下，国际社会开始推动“综合火灾管理”，强调风险减缓、预防与生态恢复的协同。但实际操作中，多利益相关方在跨行政边界、多价值目标的复杂景观中进行规划时，面临诸多挑战：数据分散且更新滞后、生态响应机制难以量化、决策工具彼此割裂、协作流程效率低下。尽管自2010年代以来，基于美国林务局GTR-315报告的定量野火风险评估（Quantitative Wildfire Risk Assessment, QWRA）框架为风险优先管理提供了理论基石，但其落地仍受限于技术瓶颈与协作机制不足。
为突破上述困境，由加州大学戴维斯分校 Hugh Safford 领衔的研究团队在《Ecological Modelling》上发表了其研究成果，介绍了Vibrant Planet Platform (VPP)——一个模块化、基于云端的决策支持系统。该系统将火情模拟、生态响应函数、多目标优化与用户输入整合于统一平台，旨在实现从风险识别到减缓策略制定的全链条支持，为大规模、多主体参与的野火风险规划提供了可行路径。
研究团队采用多项关键技术构建VPP。系统架构上采用云端模块化设计，集成FSim（火情传播模拟）、WildEST（火情强度模拟）、VibrantVS（植被结构机器学习模型）与ForSys（空间优化算法）等成熟模型，实现数据自动流转与模型互操作。数据层面，平台融合了高分辨率遥感数据（如NAIP影像、LiDAR衍生的冠层高度模型）、定制化LANDFIRE燃料数据及地方性高价值资源与资产（Highly Valued Resources and Assets, HVRAs）数据。核心创新包括动态响应函数生成器，支持基于专家知识或FVS-FFE（Forest Vegetation Simulator-Fire and Fuels Extension）模型的生态响应量化；以及参与式情景规划接口，允许用户对八大管理目标（如资产安全、生物多样性、水源保护等）进行权重分配，并通过多目标优化算法实时生成优先治理方案。
4.1. 模块化架构与云原生设计
VPP通过云端部署实现跨尺度（数千至数百万公顷）计算资源调度，解决了传统工具在数据共享、版本控制与本地算力不足方面的痛点。系统将火险模拟、植被动态与优化算法封装为独立模块，用户无需直接操作底层模型（如处理.lcp、.frisk等中间文件），即可在统一界面中完成情景设计与结果比对。
4.2. 高分辨率基准化与动态更新数据
针对数据碎片化问题，平台集成VibrantVS生成的0.5–2米分辨率冠层结构数据，将景观划分为平均3–4公顷的均质管理单元，作为规划基础。同时，通过定期更新NAIP影像与火烧迹地检测，确保燃料数据与现状同步。
4.3. 地方性数据融合
VPP支持用户导入自定义HVRAs（如文化遗址、地方栖息地），使全局模型与地域优先项结合，提升规划的生态与操作相关性。
4.4. 动态量化与处理感知的响应函数
通过开源响应函数生成器，平台支持从专家经验到数据驱动的函数构建。函数以连续区间[?1, 1]量化HVRA在不同火强度或治理措施下的响应，并可通过FVS-FFE模拟处理后的长期生态变化。
4.5. 参与式情景规划与利益相关方权重分配
用户可通过交互界面调整八大管理目标的权重，系统基于复合评分（兼顾风险规避与处理直接效应）实时优化项目优先级，生成治理地图、风险变化报告及经济成本效益分析。
4.6. 结果导向的指标与方案输出
VPP将模型输出转化为直观指标，如火焰长度降低比例、紧急通道可达里程、活立木碳储量保持量等，并支持生成社区野火保护计划（Community Wildfire Protection Plan, CWPP）等标准化提案模板。
5.1. 模型应用
自2021年部署以来，VPP已在美国西部超过3000万公顷的火灾易发景观中应用，场景涵盖燃料处理优先排序、生态恢复、碳管理及资金申请支持。
5.2. 派克-圣伊莎贝尔案例研究
2024年，科罗拉多州派克-圣伊莎贝尔国家森林与草原（PSICC）联合40余家地方合作伙伴，通过VPP对87.9万公顷区域进行定制化风险评估。合作方共同确定了39类HVRAs（包括墨西哥斑点鸮栖息地等），并通过多轮研讨会构建响应函数。平台优化后识别出24.1万公顷优先治理区，预测治理后可实现全景观火险降低42%。成果通过ArcGIS Story Map公开，并用于资金筹措。
5.3. 多尺度应用与协作目标
案例显示，VPP可适配不同尺度需求：印第安事务局西北区域应用至547万公顷，支持预算决策；南爱达荷景观聚焦74.4万公顷，平衡物种栖息地与城乡界面（Wildland Urban Interface, WUI）保护；地方层面，加州Truckee消防区依托平台动态更新社区野火保护计划。
6.1. 表面与子系统验证
用户反馈确认平台缓解了决策支持工具的常见痛点。子系统验证中，FSim燃概率数据与实际火情吻合度达80%（ Moran et al., 2025）；冠层高度模型精度优于区域基准；ForSys优化结果与线性规划基准一致性>95%。
6.2. 预测与实地验证
初步实地检验显示，77%的管理单元空间划分满足单次处理要求；处理建议与林业专家选择重叠率约85%，差异多源于细微地形或社会因素未纳入模型。
6.3. 局限与改进方向
平台仍存在以下限制：底层燃料数据依赖LANDFIRE近似，林下异质性刻画不足；响应函数依赖现有知识库，需通过后期监测完善；处理对燃概率的动态影响尚未直接模拟；资源估值方法未充分考虑空间稀缺性。此外，平台使用存在机构与文化适应门槛，需配套培训与流程整合。
本研究通过VPP的构建与实证，表明GTR-315框架可在云端协同环境中实现操作化，将传统耗时数年的规划流程压缩至分钟级。平台以“集成即基础设施”的理念，打通了从数据、模型到决策的壁垒，使生态模型从后台分析工具转变为协同治理的核心支柱。其多层级验证框架（表面验证、子系统校验、预测评估与实地检验）为复杂决策系统的可靠性评估提供了范式。尽管在生态不确定性、多效益核算及数据质量方面仍需完善，VPP仍标志着野火风险管理向实时、透明、参与式规划的重大转向，为全球火灾危机下的适应性管理提供了可扩展的解决方案。
