《Environmental Reviews》：The changing landscape of fire fuels in western Canada: insights from 40 years of public data and research
编辑推荐：
加拿大西部野火火 regime（fire regime）正在发生转变；然而，近几十年来，关于可燃物（fuels）状态及其对火活动的影响与响应，尚缺乏直接综合。本文开展1985—2025年加拿大西部文献系统综述，以检验可燃物、气候和天气条件在塑造火行为（fire
加拿大西部野火火 regime（fire regime）正在发生转变；然而，近几十年来，关于可燃物（fuels）状态及其对火活动的影响与响应，尚缺乏直接综合。本文开展1985—2025年加拿大西部文献系统综述，以检验可燃物、气候和天气条件在塑造火行为（fire behavior）中的作用。研究人员综述了不列颠哥伦比亚、艾伯塔、萨斯喀彻温、西北地区和育空地区245篇火相关研究文献，评估关于气候、可燃物条件和火行为之间显著反馈的文献，并评价过去四十年大面积火灾如何影响可燃物特征。其次，研究人员分析了公开可用的 National Burned Area Composite (NBAC) 数据趋势，以评估大面积火灾（按面积 ≥95th百分位）如何与火前植被类型相互作用，以及火后严重度（fire severity）如何随时间变化。研究人员的发现表明，可燃物发生转变，包括丰度、组成和条件，并与变化的气候动态相互作用，同时强调文献在可燃物结构排列和连续性方面的显著局限。与近期发表结果一致，研究结果显示过去十年极端大面积火灾（P95）数量增加。然而，严重度增加并不一定对应火面积增加。总体而言，研究结果揭示火研究覆盖的地理空白，尤其在北部地区，以及当前系统在准确表征加拿大西部可燃物持续变化方面的局限。本综述强调了理解可燃物动态和火行为的重要进展，同时识别出限制研究人员预见这些系统如何响应持续气候变化的关键空白。
1. Introduction（引言）
加拿大西部森林植被条件与组成正因气候和天气变化、火干扰及人为影响而改变。理解可燃物（fuels）及其连通性在气候变化下的关系，对管理易火景观至关重要。许多西北加拿大生态区因过去一个世纪的抑制管理而处于火“赤字”或低于历史火 regime（fire regime）。火灾变得更频繁、强烈，且火行为（fire behavior）难以预测和管理。极端火天气、极端蒸发和极端干旱等气候极端事件增加高强度火灾，大气遥相关如 El Ni?o-Southern Oscillation (ENSO) 进一步影响区域火天气。文献区分 megafire（≥10 000 ha）和极端野火事件（extreme wildfire event, EWE）等。可燃物类型、载量和结构随年际和长期气候变异变化，增加火行为不确定性。加拿大火行为预测（Fire Behavior Prediction, FBP）系统当前不区分健康 jack pine 与山松甲虫致死林，也未专门纳入泥炭地；近期火烧区曾被归类为“non-fuels”，但重复火灾在更短时间发生。高纬北方和山地生态系统的水文气候与生态变化增加火面积和严重度。极端野火事件频率和量级增加，尽管火行为物理较清楚，自上而下与自下而上驱动反馈仍表征不足。
1.1 Objectives（目标）
本研究综合气候变化、异常严重火天气和可燃物特征如何形成加拿大西部大面积或极端火灾的临界点，并分析近40年公开 NBAC 数据以识别大火灾模式及知识空白。关键问题为 Q1：文献中加拿大西部可燃物变化如何影响火行为和大面积火灾；Q2：文献趋势与公开环境特征及大面积火灾数据在过去40年是否一致，以及是否存在显著差异。
2. Approaches（方法）
2.1 Systematic literature review on the state of knowledge on top down and bottom-up influences on vegetation structure, fire behavior, and post-fire effects
2025年1月1日至4月15日使用 Web of Science Core Collection 和 Google Scholar 检索，初检346篇，按纳入标准筛出245篇。文献分为火行为驱动因素以及火中和火后影响两类。研究区包括不列颠哥伦比亚、育空、西北地区、艾伯塔和萨斯喀彻温，排除曼尼托巴及以东。按火行为三角层次分组，多驱动文章可重复计数。判断驱动因素对火险或火发生为增加、减少或混合影响；混合指同时报告增加和减少或结论不确定。
2.2 Determining trends of fuels within past fires recorded in publicly available data (Q2)
为理解过去40年反馈，分析公开大火灾记录。NBAC 提供1972—2024年加拿大 ≥200 ha 野火周界，主要来自 Landsat 自动多时相变化检测，云限制时用航空影像，可能过代表大火灾。分析采用1985—2024年，早于1985排除因可燃物数据和 dNBR 可用性。火灾按北方和山地分区分类；山地包括 alpine 和 montane。因火面积正偏，计算火面积 95
th 百分位（P95）。使用 NTEMS 1985—2022年年度树种层提取火前优势树种，总体精度93%，黑云杉92.1%，亚高山冷杉89%，白桦、jack pine、白云杉较低。以 zonal statistics 提取每个火疤优势树种；最近烧、开放草地和开放泥炭地归为“non-treed”。火多边形水平分析可表征事件尺度趋势但可能掩盖可燃物异质性。使用 Canada National Forest Information System 的 dNBR，比较每个火疤中位 dNBR 与火面积，中位数减少异常像素偏倚，严重度比较为相对而非绝对类别。
3. Findings（结果）
3.1 Changing fuels in western Canada’s literature and their influence on fire (Q1)
3.1.1 Regionality and themes of the literature
过去40年文献增长，>70% 集中于北方生态系统。艾伯塔和不列颠哥伦比亚研究多于北部地区，艾伯塔约是育空的10倍，存在北部和不可达地区知识空白。火前可燃物和气候/天气条件研究约65%，火后约35%；>30% 使用建模预测潜在火行为而非实证。可燃物主题中最常研究组成和条件；组成指物种丰富度和多样性，也常与林龄或可燃物类型相关。相对较少研究结构排列，尽管其对火蔓延如 ladder fuels 重要，也较少研究火蔓延和行为对物种栖息地生态位影响。
3.1.2 Changing fuels in western Canada
长期气温、天气、水分以及 ENSO 和全球遥相关可改变植被，导致细生物量干燥、可燃性增加。文献对可燃物响应气候变化有细微差别，某些变化可能降低火险。可燃物属性分组成、丰度、条件和排列四类。部分研究报告组成变化可减少未来火灾数量和严重度：向阔叶林、落叶灌木或草地扩张；阔叶林一般不易燃，但早春低叶覆盖和暖干春季如 El Ni?o 年可放大易火性。另一些林分平均林龄和冠层可燃物载量降低，由更频繁火、重复火烧、虫害和人类土地利用驱动；年轻林分降低高严重度火概率，但随气候和 ENSO 变化抵抗可能削弱。多数研究（70%）表明天气和火 regime 变化可增加可燃物丰度和火敏感性。气候变化主要通过叶面含水率影响可燃物条件。生态系统记忆关键；泥炭地因 Sphagnum 高持水能力可在干旱期保持高湿度，高地森林有机土薄更易干。雪包异常可暂时增加植被水分，但从 nival 到 pluvial 径流机制转变和多年干旱可提高火活动。flash droughts 导致快速可燃物干燥和土壤水分记忆丧失。昆虫干扰（山松甲虫、云杉甲虫、落叶蛾）改变可燃物结构、组成和条件；红阶段1–2年增强火响应，灰阶段3–10年减弱。可燃物床结构排列影响水分、可燃性和蔓延。结构复杂性通过自然演替或干扰后再生发展。燃料连通性与火灾大小和严重度强相关。低冠层基部高度和森林密度增加地面-冠层连通性；先前开放林分林下生长形成 ladder fuels。垂直连通性反馈在树线前进和干化/灌木化泥炭地观察到。景观尺度森林破碎化增加，降低水平连通性，可能暂时减少火蔓延，但其程度理解不足。2023火季后研究提示火灾超出历史韧性生态系统适应能力，增加泥炭地深燃风险。高地森林长期干旱增加植被死亡，削弱冠层结构和降低活燃料水分。少于1%综述研究直接探讨气候变化如何改变可燃物排列和景观连通性。
4. Observed fire and fuel trends from western Canada’s publicly available data (Q2)
4.1 Overview from the literature
根据文献，分析大面积火灾趋势以判断可燃物变化是否显著影响火动态。研究报道大面积（>95
th百分位）火灾频率上升，最大火灾面积在2010年代中期显著增加。术语 megafire 在系统综述文献中仅1篇出现。许多文献关注单一重大火灾，如2001 Chisholm fire 和2016 Horse River Fire。气候介导事件增强可能导致更多火灾和面积燃烧，2023年观察如此，增加对大火和高强度火及其生态和社会影响关注。
4.2 Temporal and spatial distribution of the P95th fires in western Canada
1985—2024年山地区火灾通常比北方区小，因高地形起伏、可燃物不连续、海拔驱动气候和可燃物限制。两区 megafires 占总体火比例小（山地15%，北方6%），多数自然闪电引燃。P95 火频率随时间增加。山地 P95 频率1990s到2000—2010增加30%，2010后增加23%。北方 P95 频率1990s到2000s早期下降36%，2010后增加>251%；其中46%发生在2020后，2023年40年记录中 P95 火频率最高（n=90）。与近期研究一致。
4.3 Vegetation types influencing 95th-percentile fires over time
37年优势树种趋势变化。大 P95 火主要发生在云杉主导林分。山地中自2014以来亚高山冷杉 P95 火数量增加>145%，累计燃烧>180 000 ha。松树主导林分 P95 火在2018—2023燃烧>370 000 ha。近期松林大火增加可能部分因西部加拿大落基山山松甲虫暴发和死/受压松林可用性更高。2024 Jasper Wildfire Complex 燃烧>33 000 ha，约70%发生在受山松甲虫影响林分。但 lodgepole pine 大火增加年份有限，不能结论性关联。山地云杉主导 P95 火活动在2000后十年达峰，较1990s累计约360 000 ha增至约934 000 ha，2010后下降75%至约249 000 ha。1998前后比较，P95 火在山地和北方均显著增加：山地计数5到32，累计面积约266 000到2 023 000 ha；北方计数165到495，面积约9 393 000到23 947 000 ha。北方松树主导大火自1990s晚期更频繁，lodgepole pine 累计面积在2009达峰>20 000 ha。造林一般替代采伐种，难直接归因。北方 aspen 主导林分 P95 火面积每十年从1986—1999的0 ha增至2000—2009约58 000 ha，>2010 >450 000 ha，增加675%。aspen 历史上抗低中强度火，但长期干旱使其更易燃烧，ENSO 放大干旱。
4.4 Fire severity in relation to size of the P95th fires
近年火效应更大，与大燃烧面积相关。山地 P95 火偏离中位火面积越大，通常更严重，表明山地大火一般与更高严重度相关。1985—2024山地所有火中位面积1640 ha，P95 火中位44 790 ha。平均1990—1999山地 P95 火严重度最高（0.71 ± 0.1）。2000—2010略降9%，2010后增约6%。北方无火面积与严重度明显关系。1985—2024北方所有火中位102 ha，P95 火中位27 150 ha。平均北方火严重度在2000—2009达峰，平均 dNBR=0.64 (±0.06)，较1990s增10%，2010后略降8%。峰值十年包括 Chisholm fire、Okanagan Mountain Park、Lava Canyon 等。许多大火严重度归因于1990s晚期和2000s早期广泛干旱及1998 El Ni?o，可能代表北方火 regime 临界点。Burn severity 指数受火前可燃物限制；均质针叶区严重度可能自然高于阔叶和混交镶嵌区。
5. Western Canada’s fuels and climate in comparison to the broader landscape
高纬地区变暖快于全球许多地区，西部加拿大处于前沿。过去40年出现空前气候异常和更严重天气型，改变干扰 regime，尤其野火。加拿大干旱和高温频率记录并将继续影响火 regime。暖春、夏季降雨减少和冬季降雪减少导致北方树死亡率增加和碳损失。过去50年西部加拿大71%区域树死亡率增加，而东部仅29%。北美火行为增加。加州年均燃烧面积约五倍增加，由温度和大气水汽压亏缺增加驱动。西部加拿大火频率和规模尤其显著，长期干旱和火天气日增加导致加拿大极端火条件。气候变暖相关火险上升近乎全球问题，但部分地区火险不变或可能降低。
6. Limitations, gaps, and conclusions
本综述主要评估加拿大西部可燃物与野火关系文献现状。火灾复杂，难以完全涵盖。重点为气候变化过去40年如何影响可燃物特征及对生态系统影响，依赖同行评审文献和公开数据集识别北方和山地/高山生态系统可燃物动态知识空白。关键空白包括：育空专门研究缺乏；可燃物结构和连通性探索有限；火相关术语不一致；粗尺度时空火数据限制；遥感数据产品不确定性，泥炭地 dNBR 表征差。总结：综述显示大量研究关注可燃物条件、丰度和组成；一致发现气候变化通过干燥效应和生物量积累增加可燃物可用性，但影响混合。可燃物载量可因森林死亡或生长增加；广泛年轻林分和 aspen 恢复可能缓和火活动。公开数据分析支持过去40年高山和北方 P95 大火更常见，优势植被类型变化。需要改进可燃物制图和定义，以及更多区域研究。西部加拿大显著变暖和水分减少，理解火动态对预测全国火行为关键。
