日益严重的山地火灾风险及其对全球公平状况的负面影响：相关人口变化、社会经济状况和气候变化的作用

《Science of The Total Environment》：Escalating landscape fire exposure and its deteriorating global equity: Role of associated population changes, socioeconomic levels, and climate changes

本研究分析2002-2020年全球大型野火对人口的影响，发现712百万直接暴露，非洲占51%，次生暴露41倍于直接，趋势与人口增长（91%）和GDP（88%）显著相关，聚类分三类风险国家，揭示不平等加剧，需针对性策略如火险区人口管理及气候适应基础设施。

　　

潘彤|王宏军|陈继远|范志培|宋轩

南方科技大学计算机科学与工程系，中国广东省深圳市学园大道1088号，518055

摘要

景观火灾对全球生态系统和人类人口产生了重大影响，近期的大规模火灾事件导致了严重的社会经济后果。人类面临的火灾风险日益严峻，然而关于全球范围内人类遭受大规模火灾影响的累积情况及其不平等性的分析却十分缺乏。本文对2002年至2020年间人类遭受大规模火灾影响的情况进行了全球性分析（按辐射功率计算，处于第95百分位），整合了卫星测得的火灾边界、人口动态以及社会经济和气候因素。研究结果显示，有7.12亿人直接受到了火灾的影响，其中非洲的受灾人数最多（占全球总数的51%），其次是亚洲（32%）和南美洲（8%）。次级暴露（位于5公里缓冲区内的居民）是初级暴露的41倍，这凸显了火灾带来的连锁社会风险。趋势分析显示，非洲（每年增加1.94%）、南美洲（每年增加7.93%）和北美洲（每年增加3.39%）的火灾暴露风险显著上升，这些变化与人为因素密切相关（人口增长：91%的国家；GDP：88%）。聚类分析将各国划分为三类风险类型：资源丰富且暴露风险高的地区、暴露风险低但资源也低的地区，以及以极端火灾天气为主的地区。这些发现揭示了日益加剧的不平等现象，因为适应能力有限的脆弱地区面临着加速的风险。我们的研究强调了制定针对具体情境的缓解策略的紧迫性，特别是在易发生火灾的生态系统中优先考虑人口治理，并在发展中国家建设具有气候适应能力的基础设施。

引言

人类与火灾之间存在着一种矛盾的关系。一方面，火灾机制对于维持生物多样性和生态系统服务至关重要，有助于促进栖息地多样性并调节生态过程（He等人，2019年）。另一方面，当代的火灾事件越来越多地表现为灾难性事件，对环境、野生动物、人类健康、基础设施、社会和经济产生连锁影响（Bowman等人，2017年；Xu等人，2023年）。

最近的极端火灾事件，如2019-2020年澳大利亚的丛林大火（Filkov等人，2020年）、地中海地区的野火（Moreira等人，2020年）以及加利福尼亚州的反复发生的火灾（Keeley和Syphard，2021年），造成了前所未有的全球损失，突显了人口动态与火灾机制演变之间的空间耦合。人口中心与易发生火灾的景观之间的重叠范围不断扩大是这些危机的关键放大因素。1990年至2010年间，野生地-城市交界带（WUI）面积扩大了33%，其人口增长速度比非WUI地区快34%（Schug等人，2023年）。令人担忧的是，全球近一半的人口和基础设施位于仅占地球地上植物生物量4.1%的生态系统中。这种生态稀缺性，加上广泛的人类火灾活动（Bowman等人，2020年），使得这些地区的天然防火能力极低。破碎的植被结构使得火灾更容易蔓延（Syphard等人，2007年），因此即使是小规模火灾也可能引发巨大的社会损失。例如，2020年美国俄勒冈州的阿尔梅达火灾仅燃烧了12平方公里的土地，但却摧毁了3000多栋建筑物（俄勒冈州土地保护与发展委员会，2023年）。随着住房建设倾向于靠近易燃生态系统（Schug等人，2023年），这种低生态韧性与人高暴露风险之间的不匹配加剧了风险的自我强化循环。

尽管火灾威胁日益严重，但对人类火灾暴露情况的全球性分析仍然有限。Bowman等人（2017年）的研究虽然分析了全球极端火灾事件对人类的影响，但他们主要关注火灾的强度而非人口动态，因此在量化人类脆弱性方面存在关键缺口。最近的一些研究开始量化火灾烟雾对健康的全球影响，这是主要的次级暴露途径之一（Xu等人，2023年；Yue和Unger，2018年）。然而，对火灾本身及其周围具有严重次级影响缓冲区的初级暴露情况的全面全球评估仍然缺失。其他近期研究主要集中在发达国家，如美国（Modaresi Rad等人，2023年）、西班牙（Marey-Perez等人，2024年）、加拿大（Korsiak等人，2022年）、葡萄牙（P等人，2021年）和阿根廷（Arga?araz等人，2017年），而像非洲这样火灾风险较高的地区则缺乏系统的暴露情况分析。因此，迫切需要全面了解全球火灾暴露的长期趋势、相关社会经济因素以及其中的不平等现象。

为了解决这些不足，本研究对2002年至2020年间人类遭受大规模景观火灾的情况进行了全球性的时空分析。我们整合了卫星测得的火灾边界、高分辨率人口数据以及关键的社会经济和气候变量，以：（1）量化大规模火灾对人口在大陆、国家和次国家级层面的初级和次级影响的范围和分布；（2）利用稳健的统计方法分析暴露趋势，并识别出这些趋势背后的主要影响因素，包括人为因素（如人口和国内生产总值（GDP）以及气象变量（如火灾天气指数（FWI）、蒸汽压差（VPD）、归一化植被指数（NDVI）和差异归一化燃烧比（dNBR））；（3）通过聚类分析将各国根据其暴露情况和相关因素特征分为不同的风险类型，从而揭示全球公平性和脆弱性的模式。

本文的其余部分结构如下：第2节描述了使用的数据集和详细方法。第3节展示了全球暴露模式、趋势、因素归因和风险类别的结果。第4节讨论了研究结果的意义，将其与以往的研究进行了比较，指出了局限性，并提出了未来研究的方向。最后，第5节进行了总结并提出了政策建议。

部分内容摘要

景观火灾数据

我们获取了来自Aqua和Terra中分辨率成像光谱辐射计（MODIS）的热异常和火灾产品（MOD14A1和MYD14A1）的全球MODIS活跃火灾热点数据（Giglio和Justice，2021a；Giglio和Justice，2021b），时间跨度为2002年1月1日至2020年12月31日。这些数据是在每天四次卫星过境期间收集的，通过FireTracks算法（Traxl，2021年；Cano-Crespo等人，2023年）进行处理，生成了时空连续的火灾分布图。

人类对大规模景观火灾的暴露

该分析使用了基于MODIS活跃火灾检测得出的全球大规模景观火灾数据集。单个火灾事件被定义为来自1公里分辨率的MOD/MYD14A1热异常和火灾数据集（Cano-Crespo等人，2023年）中的时空连续簇，其中大规模火灾被定义为那些辐射功率累积值超过第95百分位的事件（遵循Bowman等人，2017年的标准）。

世界上几乎所有国家都面临着高风险

主要发现和全球背景

我们的研究分析了2002年至2020年间人类对大规模景观火灾的暴露情况，揭示了严重的不平等现象和不断加剧的风险。研究发现，有7.12亿人直接受到火灾影响，其中非洲的受灾人数占比最高（占全球总数的51%）。次级暴露（影响位于5公里缓冲区内的居民）是初级暴露的41倍，这表明火灾的影响范围远远超出了直接受影响的区域。这些风险并非固定不变；随着时间的推移，它们还在不断变化。

结论

本研究指出，全球人类对大规模景观火灾的暴露情况存在严重的不平等现象，这种不平等主要与人为因素有关。我们的研究结果要求政策上做出战略性的转变。缓解日益严重的火灾危机需要从被动灭火转向主动治理，解决根本的人为压力。这包括将火灾风险纳入土地利用规划，为可能的连锁次级影响做好准备，以及

CRediT作者贡献声明

潘彤：撰写初稿、可视化制作、软件开发、方法论设计、数据调查、正式分析。王宏军：软件开发、方法论设计、数据整理、概念构建。陈继远：撰写稿件、审稿与编辑。范志培：撰写稿件、审稿与监督。宋轩：监督工作、资金筹集。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究部分得到了吉林省超级智慧城市国际合作重点实验室、吉林省智能警务重点实验室和珠江项目（2019QN01S744）的资助。