《SCIENCE ADVANCES》：Multi-ignition fire complexes drive extreme fire years and impacts
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本刊推荐：为揭示极端野火规模扩大的机制，研究人员利用2012-2023年12小时分辨率卫星追踪数据，首次量化评估了多火点合并火灾复合体（Multi-ignition fire complexes）的贡献。研究发现，此类火灾在加州和北极-北方生态区分别贡献了31%和59%的过火面积，其蔓延更快、持续时间更长，并更易产生火积云（pyroCb）事件，对消防资源造成巨大压力。该研究对改进野火预测、风险评估和管理策略具有重要意义。
随着气候变化的加剧，全球范围内的野火行为正变得愈发极端。那些规模最大、蔓延速度最快的火灾，往往对人类社会和生态系统造成最严重的冲击。然而，驱动这些大型火灾发生及其变异的机制，长期以来科学界并未完全理解。特别是在一些毁灭性的火灾事件中，例如2020年加州的八月复合火（August Complex fire）和2023年加拿大的极端火灾季，我们观察到多个独立的火点最终合并成一个巨大的火场，这种“多火点合并火灾复合体”的现象及其巨大影响，亟需系统的定量评估。
为了回答这一问题，一项发表于《科学进展》（SCIENCE ADVANCES）的研究，利用2012年至2023年共12年的高时间分辨率卫星追踪数据，首次对温带和北方森林生态系统中多火点合并火灾的贡献、成因和影响进行了全面分析。这项研究揭示了多火点火灾是放大火灾规模和破坏力的一个关键过程，其影响远超此前认知。
研究人员开展此项研究，主要依赖于几个关键的技术方法。首先是利用卫星遥感数据，具体来自美国国家极轨伙伴关系卫星（Suomi NPP）上的可见光红外成像辐射仪套件（VIIRS），其星下点空间分辨率约为375米。基于此，研究团队采用了加州火灾事件数据套件（FEDS version 2）和北极-北方火灾图谱（ABFA）这两套先进的火灾追踪数据集，它们能够以12小时为时间步长，重建单个大型火灾（>4 km2）的起始位置、增长和合并过程。为了准确识别多火点火灾，研究设定了严格的标准：只有当卫星算法识别出多个邻近的火点，在物理合并前至少保持了两个时间步长（即24小时）的独立燃烧状态，才被归类为多火点火灾。此外，研究还整合了来自美国的事故状态总结报告（ICS-209）数据以评估火灾管理成本和影响，以及全球火积云（pyroCb）事件清单、再分析气象数据（如ERA5-Land）和官方火灾记录（如加州FRAP、加拿大CNFDB）进行交叉验证和因果分析。
多火点火灾对过火面积和影响的非均衡性贡献
研究发现，2012年至2023年间，加州和北极-北方地区最大的单个火灾均为多火点合并火灾。例如，加州有记录以来最大的八月复合火（2020年）由10个火点合并而成，燃烧面积达4489平方公里。在北极-北方地区，2021年东西伯利亚雅库特的一场火灾由27个火点合并，最终燃烧面积高达15,759平方公里。尽管多火点火灾在数量上占比较小（加州7%，北极-北方地区13%），但它们对总过火面积的贡献却极为显著，在加州达到31%，在北极-北方地区高达59%。归一化到每个火点后，多火点火灾中单个火点燃烧的中位面积也显著大于单火点火灾。此外，多火点火灾在极端火灾年（如加州2020-2021年，加拿大2023年）中的贡献尤为突出，表明它们是驱动年际间过火面积剧烈波动和极端火灾年形成的关键因素。
多火点火灾规模扩大的机制
与直觉相反，尽管近期燃烧过的火疤会因燃料减少而限制新火灾的发展，但多火点火灾却表现出更强的增长能力和更长的持续时间。在加州和北极-北方地区，多火点火灾的中位持续时间远长于单火点火灾。在起火后4天，北极-北方地区的多火点火灾每个火点燃烧的面积也显著更大，且这种更快的初始增长不能简单地用更有利的天气条件（如蒸汽压亏缺VPD）来解释。机制分析表明，多火点火灾可能因其相对于过火面积而言更长的活跃火线长度，以及潜在的火灾间相互作用，从而增强了蔓延能力和持久性。
干旱闪电导致火点聚集
多火点火灾形成的一个基本前提是火点在时空上的聚集。模拟分析显示，观测到的火灾合并概率远高于随机分布情况下的预期值。在加州，多火点火灾主要由闪电引发，这与该地区以人为火源为主的情况形成鲜明对比。来自热带气旋残骸和北美夏季风环流的水汽输送，可在加州中北部引发大范围的“干旱雷暴”，产生密集的干闪电，在短时间内点燃数百个火点，迅速压垮初期灭火能力。在北极-北方地区，闪电更是绝大多数多火点火灾的元凶，夏季干旱塑造的区域性燃料干燥条件对点火效率至关重要。
多火点火灾可压垮消防努力
当多个火灾同时在某一区域点燃时，可用的消防资源会迅速不堪重负，导致必须进行资源调配。对加州ICS-209报告的分析证实，多火点火灾的管理成本中位数（5100万美元）远高于单火点火灾（1200万美元），需要投入的人力资源也翻倍。即使归一化到火点数量，多火点火灾的单位火点成本仍是单火点火灾的两倍，造成的建筑威胁、疏散人员、建筑损毁等影响也显著更严重。资源不足、部署期延长、休息时间缩短等问题在多火点火灾的报告中频繁出现，增加了消防人员面临的风险。
多火点火灾与极端火行为
多火点火灾更易产生极端火行为，特别是火积云（pyroCb）事件。在2023年的加拿大和俄罗斯，67%的pyroCb事件与多火点火灾相关，且一个火灾产生的pyroCb数量与其火点数量显著正相关。更有意思的是，53%的与多火点火灾相关的pyroCb事件发生在火灾合并日的前1天至后3天内，22%就发生在合并当天，远高于随机发生的概率，表明火灾合并过程本身可能通过增加地表感热通量、形成上升气流旋转柱等方式，触发或加强深对流。pyroCb会引发不可预测的极端火行为，其产生的闪电可能点燃新的火点，下沉气流可能加速火势蔓延，这些都会进一步挑战灭火行动，并可能通过物理相互作用（如大火对小火产生的吸引效应）加速火灾合并，形成一个正反馈循环。
综上所述，这项研究系统性地揭示了过去被忽视的多火点合并火灾复合体在全球极端野火事件中的核心作用。研究表明，由干旱闪电等自然因素导致的多火点同时点燃并最终合并，是产生特大火灾、驱动极端火灾年、加剧火灾影响（包括产生火积云等极端现象）和极大消耗消防资源的关键过程。这一发现挑战了传统上对火灾始于单点的认知，强调了在气候变化背景下，理解并预测导致火点时空聚集的天气气候模式（如热浪与高云底雷暴的复合事件）的紧迫性。该研究的结论对于改进野火的预测模型、优化火灾风险评估框架、以及制定更具韧性的火灾管理策略（例如针对干旱闪电风暴的预警和资源预部署）具有重要的指导意义。未来，需要更高时空分辨率的卫星观测和实地测量来进一步阐明多火点火灾的动态过程及其对生态系统和大气的长期影响。
