热带安第斯景观Quilanga（厄瓜多尔南部）野火时空发生、燃烧严重度与火后早期植被绿度恢复综合评估

《Trees, Forests and People》：Spatiotemporal wildfire occurrence, burn severity and early post-fire vegetation recovery in a tropical Andean landscape: Quilanga, southern Ecuador

　　

野火是热带安第斯景观中反复发生的环境灾害，其中有限的空间记录可能限制预防、影响评估和火后管理。本研究提出一项综合评估，用于刻画厄瓜多尔南部Quilanga的野火发生、燃烧严重度（burn severity）和早期植被绿度恢复。研究人员采用描述性统计、Mann-Kendall检验、Sen’s slope和多尺度核密度估计（KDE）分析2010—2025年官方野火记录。研究人员利用Sentinel-2衍生的归一化燃烧比率（NBR）和差分归一化燃烧比率（dNBR）、土地利用和土地覆盖（LULC）图、中分辨率成像光谱仪（MODIS）和可见光红外成像辐射仪（VIIRS）活跃火（active-fire）探测，以及地理编码的地方级影响报告评估2024年8月野火。火后光谱绿度响应通过事件前、事件后立即、约一年后和近两年后获取的归一化植被指数（NDVI）观测进行评估。共记录107条报告野火记录和18,486 ha报告烧毁植被面积。累计月野火活动主要集中在8月至10月，其中9月呈现最高累计频率和报告烧毁面积。年报告野火频率和报告烧毁植被面积均呈统计显著正趋势。多尺度KDE识别出报告发生的中北部集中区，该集中区在不同带宽和保守记录合并后保持相对一致，尽管高密度区范围随带宽变化。dNBR衍生的受影响面积覆盖6866 ha，而国家风险管理秘书处（SNGR）报告烧毁植被面积为6295 ha，并与77.4 %的MODIS和83.8 %的VIIRS活跃火探测以及报告受影响地方表现出辅助空间一致性。非森林自然植被包含最大火影响面积以及中等和高光谱严重度的最大绝对范围。业务记录、多传感器影像、LULC数据和补充背景证据的整合，为数据受限地区的野火刻画和火后监测提供了可重复评估方法。

研究背景方面，野火是热带安第斯景观中反复发生的环境灾害，有限空间记录会制约预防、影响评估和火后管理。厄瓜多尔近年野火发生和烧毁面积增加，Loja省受野火影响频繁，Quilanga虽面积较小，却在2010—2019年集中了该省相当比例的烧毁面积；2024年8月23日发生的野火持续约15天，影响植被、农地和保护区域。既有研究多分别使用行政火灾数据库或地球观测技术来描述野火活动或影响的某一组成部分，缺少将长期官方报告野火发生、重大事件空间效应、LULC分层光谱燃烧严重度、独立活跃火观测以及同一热带安第斯景观火后绿度轨迹联系起来的综合信息。基于此，研究人员开展综合评估，以刻画Quilanga野火发生、事件燃烧严重度和火后早期植被绿度恢复，并生成可支持地方预防、监测、影响评估和火后管理优先排序的空间明确信息。

研究人员分析了SNGR 2010—2025年Quilanga官方野火记录，初始数据为107条报告记录；经完整性、重复记录和时空邻近筛查后，对可能相关的报告进行保守合并，形成105条事件级记录的敏感性数据集。2024年8月野火使用Sentinel-2 L2A影像评估，火前为2024年8月8日，火后立即为2024年9月12日，另有2025年8月8日和2026年7月9日影像；同时结合MapBiomas Ecuador Collection 3.0的2024年LULC、MODIS与VIIRS活跃火探测以及地理编码地方报告。火后绿度使用NDVI在2024—2026年观测并按燃烧严重度和LULC类别比较。主要结论是：Quilanga野火活动具有明显季节集中，年报告频率和报告烧毁植被面积显著增加；2024年事件dNBR衍生火影响区与辅助空间证据总体一致；非森林自然植被受影响面积最大；火后NDVI立即下降，但多数类别至2025年恢复或超过火前绿度，自然森林仍略低于火前，极高严重度区恢复最有限。该研究意义在于提供基于业务和开放数据的可重复评估流程，适用于数据受限的山区野火刻画和火后监测。

关键技术方法可概括为：研究人员基于SNGR 2010—2025年Quilanga野火记录，进行质量控制和时空邻近敏感性筛查，并采用描述性统计、Mann-Kendall检验、Sen’s slope和1、2、3 km带宽多尺度KDE；使用Sentinel-2 L2A四期影像计算NBR、dNBR和NDVI，结合MapBiomas Ecuador Collection 3.0的2024年LULC、MODIS与VIIRS活跃火探测及地理编码地方报告。样本队列来源包括SNGR、Copernicus、Ecociencia Foundation和NASA FIRMS。

研究结果如下。3.1 Historical wildfire analysis（历史野火分析）：通过SNGR 2010—2025年记录分析，共识别107条报告野火记录，累计报告烧毁植被面积18,486 ha；年频率均值6.7条、中位数7条，2018年最高为14条；年烧毁面积2024年最高，为6784.5 ha。累计月分布显示野火活动主要集中在8月至10月，9月累计频率最高，为34条，累计报告烧毁面积也最高，为9611.5 ha。Mann-Kendall检验显示年报告野火频率显著正趋势，S=56.0、Z=2.4863、Kendall’s τ=0.4667、p=0.0129，Sen’s slope为0.50 records year^-1；年报告烧毁植被面积也显著正趋势，S=50.0、Z=2.2061、Kendall’s τ=0.4167、p=0.0274，Sen’s slope为25.73 ha year^-1；敏感性数据集保持相同解释。多尺度KDE使用104条主空间记录和102条敏感性空间记录，识别出中北部报告发生集中区；1 km带宽最大密度为8.79 records km^-2，2 km为3.93 records km^-2，3 km为2.49 records km^-2；跨带宽稳健高密度核心在主数据集为6.10 km²，敏感性数据集为6.21 km²，主数据集核心中5.77 km²在合并后仍保持最高稳健等级。结论是报告野火活动具有季节集中和显著增加趋势，中北部高密度核心对带宽和保守记录合并相对稳健，但高密度区范围随带宽变化。

3.2 Burn severity and spatial corroboration（燃烧严重度与空间佐证）：通过Sentinel-2 dNBR分析，最大且最连续火影响多边形主要位于中东部和东南部，北部、西部和西南部也有较小且破碎光谱变化区。dNBR>0.10衍生火影响面积约6866 ha，SNGR报告该事件烧毁植被面积为6295 ha；两者被视为互补估计而非直接验证。严重度分级中，高严重度约916 ha，极高严重度约11 ha，中严重度约2673 ha，低严重度约3265 ha，未烧/极低变化约16,788 ha。MODIS活跃火探测84个中有65个位于dNBR衍生火影响区内，占77.4 %；VIIRS与dNBR衍生火影响区的空间一致性为83.8 %。地理编码地方报告显示，报告植被燃烧的地方通常位于主要连续dNBR多边形内或更接近该区，而未报告燃烧的地方多位于较远西部和西北部。LULC叠加显示，非森林自然植被火影响面积最大，约4800 ha，其中中严重度约2132 ha、高严重度约719 ha；自然森林约1106 ha，其中中严重度约436 ha、高严重度约179 ha；植被化人为区约852 ha；极高严重度全区约11 ha。结论是dNBR制图与活跃火和地方报告具有辅助空间一致性，非森林自然植被包含最大火影响面积以及最大绝对中等和高光谱严重度范围。

3.3 Post-fire vegetation-greenness response（火后植被绿度响应）：通过NDVI中位数轨迹分析，火后立即NDVI下降随dNBR严重度升高而增强；相对于火前，未烧/极低、低、中、高和极高严重度类别分别下降约14.7 %、37.7 %、67.8 %、76.1 %和87.5 %。到2025年，除极高严重度外，各严重度类别中位NDVI恢复至或接近火前值；2026年未烧/极低、低和中严重度类别超过各自火前中位NDVI，高严重度基本恢复火前水平，极高严重度仅部分恢复，从火后立即的0.066增至2026年的0.363，约为火前中位NDVI的68 %。按LULC分析，自然森林监测期间中位NDVI最高，火前0.476，火后立即0.412；非森林自然植被从0.349降至0.236，植被化人为区从0.321降至0.256；火后立即比例下降最大为非森林自然植被，约32.5 %，其次为植被化人为区，约20.2 %，自然森林最小，约13.4 %。2025年非森林自然植被和植被化人为区中位NDVI分别为0.377和0.329，超过火前值，2026年分别达到0.400和0.377；自然森林2025年为0.460、2026年为0.453，仍略低于火前0.476。结论是不同燃烧严重度和LULC类别火后光谱绿度轨迹不同，非森林自然植被火后立即下降最大但随后超过火前绿度，自然森林下降最小但后续仍略低于火前，极高严重度区恢复最有限；这些结果表示卫星观测光谱绿度变化，不应解释为完整生态、结构或功能恢复。

讨论部分总结认为，报告野火活动在8月至10月集中与南部厄瓜多尔干季条件一致，但该时间关联未建立气候因果，因为未明确评估点火源、农业实践、土地管理和报告过程。年报告野火频率和报告烧毁植被面积均呈显著正趋势，但两者时间行为不同，报告事件数增加不一定意味着受影响面积成比例增加，火范围还取决于天气、燃料连续性、地形、扑救效果和个体事件特征。SNGR数据库的行政性质意味着报告努力、机构覆盖、公众意识和应急程序变化可能影响记录数量，敏感性分析显示保守合并未改变趋势统计解释。多尺度KDE表明中北部总体集中相对一致，但高密度核心空间有限，热点边界具有尺度依赖性；数据库坐标不说明其代表精确点火点、影响区中心或报告位置，因此KDE表示报告野火发生位置的空间集中，而非实际点火密度、概率或野火风险，可能的控制因素需专门分析。2024年事件dNBR衍生火影响区6866 ha高于SNGR报告6295 ha，但两者不是同一量的替代测量，SNGR为业务报告估计，dNBR表示超过文献阈值的 spectral change，也可能响应水分、物候、植被管理或其他非火变化；MODIS和VIIRS活跃火与dNBR面的一致性提供辅助支持，但不是对范围或严重度的独立验证；缺少地形光照校正，山区坡度、坡向和太阳光照可能影响地表反射率和衍生指数，细尺度差异需谨慎解释。燃烧严重度在LULC间不均匀，非森林自然植被占最大火影响面积并含最大绝对中、高光谱严重度范围，但燃料载量、植被结构、地形、火行为和土地管理未直接测量，不能识别为因果控制；自然森林绝对受影响面积较小，比较时应考虑各覆盖类型火前可得性和光谱变化的生态意义。火后光谱响应受初始dNBR类别强烈影响，NDVI恢复不等于生态恢复；非森林自然植被和植被化人为区快速绿度增加可能反映草本或灌木再生、作物或牧场周期，自然森林虽火后立即下降最小，但后续仍低于火前，可能与木质冠层结构和树木再生恢复较慢有关。管理含义包括：历史记录和KDE可辅助准备与识别报告野火活动反复集中区；Sentinel-2 dNBR结合活跃火观测可支持快速火后空间评估；LULC分层严重度和后续NDVI可识别需持续火后监测区域；非森林自然植被含最大绝对火影响面积，高和极高严重度区可能需继续实地或遥感跟踪。恢复优先排序还需保护价值、侵蚀敏感性、植被结构与再生能力、土地所有权和实地生态条件等信息。

结论部分翻译如下：本研究开发了一项整合官方应急记录、时间统计、多尺度GIS分析、Sentinel-2光谱指数、LULC制图、MODIS和VIIRS活跃火探测以及地方报告的评估。多种互补工具的使用使长期野火发生、事件特定光谱效应和早期植被绿度恢复能够在单一方法工作流中评估。Quilanga野火表现出明显累计月集中，频率和报告烧毁植被面积主要集中于8月至10月，并在9月达到累计最大值。2010—2025年年报告野火频率和报告烧毁植被面积均显著增加，尽管报告受影响面积表现出更大年际变异，并强烈受异常火灾年份影响。多尺度KDE识别出报告发生的主要中北部集中区，其高密度核心在不同带宽和保守记录合并后保持相对稳健，尽管高密度区空间范围随所选带宽变化。对于2024年8月野火，Sentinel-2 dNBR圈定约6866 ha火影响土地，而SNGR报告烧毁植被面积为6295 ha。制图分布与77.4 %的MODIS和83.8 %的VIIRS活跃火探测以及报告受影响地方的邻近性具有辅助空间一致性。这种对应支持制图火影响的总体空间格局，但不应被解释为对dNBR衍生范围或燃烧严重度的独立验证。非森林自然植被包含最大绝对火影响面积以及中等和高光谱严重度的最大范围。NDVI在每个分析严重度和植被类别中火后立即下降。非森林自然植被和植被化人为区到2025年恢复至或超过其火前中位绿度，而自然森林在随后两次观测中仍略低于火前中位NDVI。极高严重度地区表现出最有限的光谱恢复，2026年仍约为火前中位NDVI的68 %。这些变化代表光谱绿度轨迹，不应被解释为完全生态或结构恢复。结果支持一种风险管理方法：历史记录和KDE有助于告知准备并识别报告野火活动的反复集中区，dNBR和辅助数据可支持快速事件后空间评估，LULC和NDVI信息有助于识别可能需要持续火后监测的地区。然而，恢复优先排序需要关于坡度、侵蚀敏感性、保护价值、再生能力和土地所有权等因素的额外信息。该工作流特别适用于山区和数据受限地区，在这些地区没有单一数据集提供完整信息，但多个业务、卫星和背景来源可以整合并互补使用。