基于Landsat的阿尔及利亚地中海区域参考火烧迹地数据集（1984–2025）及历史与新一代火烧迹地产品的评估

《Science of Remote Sensing》：A reference Landsat burned-area dataset over Mediterranean Algeria (1984–2025) with an assessment of historical and new-generation products

　　

ALGEBA：阿尔及利亚地中海区域1984–2025年最长连续30米火烧迹地记录。空间验证：Dice系数>90%，偏差<3.5%；时间验证：MODIS 28天，VIIRS 24天。ALGEBA与官方机构记录吻合度最佳，且在空间上优于现有火烧迹地产品。FireCCI51高估火烧迹地面积达两倍，与全球普遍低估趋势相反。MODIS到VIIRS的传感器连续性较MODIS到Sentinel-3更能保持与官方记录的一致性。

论文解读文章

研究背景与问题

在地中海型生态系统中，火灾是频繁发生的干扰因子，其影响在气候变暖背景下预计将进一步加剧。阿尔及利亚是地中海区域的重要火灾热点国家，2009–2025年间其年均和累计火烧面积在地中海国家中仅次于葡萄牙和西班牙，且为北非平均火灾规模最大的国家。2021和2022年极端火灾季造成超过150人死亡及1.243亿美元的经济损失。尽管阿尔及利亚拥有可追溯至1860年的长期官方火灾档案记录，但这些记录仅为年度汇总，缺乏系统的火灾边界制图，且在冲突期间存在数据缺失或不可靠的问题。全球粗分辨率火烧迹地产品（如MODIS和Sentinel-3系列）虽可提供系统性的火烧迹地制图能力，但普遍存在漏检小规模和低强度火灾的问题，且时间覆盖受限于传感器寿命。现有30米分辨率产品如GABAM存在年份缺失、仅报告燃烧年份以及系统性误报等缺陷。因此，阿尔及利亚缺乏一套一致、空间明确、长期的火烧迹地记录来支持火灾预防、准备和灾后评估。

研究内容与结论

研究人员利用Landsat 4–9卫星影像档案，采用半自动随机森林分类方法，为阿尔及利亚地中海火灾易发区域（面积210,651平方公里，覆盖43个省份）构建了1984–2025年共42年的年度30米分辨率火烧迹地产品ALGEBA。该产品是地中海阿尔及利亚地区最长、空间明确且时间连续的火烧迹地数据集。通过独立参考数据验证，ALGEBA在空间精度和时间报告精度上均表现出色，并在与官方机构记录及七个现有火烧迹地产品的系统比较中展现出最优的整体性能。该数据集为火灾制度表征、风险评估和产品评估提供了关键基准。

主要技术方法

研究人员使用了以下关键技术方法：基于Google Earth Engine（GEE）云平台的火烧迹地制图工具（BA Cartography Tool v1.7），利用Landsat Collection 2 Level-2地表反射率数据构建火灾季前后影像合成；随机森林（RF）分类器结合两阶段监督策略（种子像素提取与区域生长）进行火烧迹地识别；利用Sentinel-2影像生成10米分辨率参考火烧迹地数据（S2RD）进行空间精度验证；利用MODIS和VIIRS主动火点产品进行时间报告精度评估；采用Friedman检验和Wilcoxon符号秩检验进行多产品统计比较；使用Taylor图统计量评估与官方机构记录的一致性；应用Mann–Kendall趋势检验和Theil–Sen斜率估计进行长期趋势分析。

研究结果

3.1 火烧迹地的空间与时间格局

基于42年ALGEBA记录，研究区域累计火烧面积为2.60×10⁶公顷，年均火烧面积为61.90×10³公顷·年^-1。火烧活动集中于东北部和北部中部沿海区域。Mann–Kendall趋势检验未检测到显著的单调趋势（τ = 0.180, p = 0.095），Theil–Sen斜率为+879公顷·年^-1。1994、2000、2007、2012、2017、2020和2021年为大火烧年份，合计占总火烧面积的43%。

3.2 空间与时间报告精度

空间验证方面，ALGEBA在2017年达到误报率（Ce）8.32%、漏报率（Oe）11.49%、Dice系数90.07%、相对偏差?3.45%；2021年达到Ce 7.74%、Oe 6.53%、Dice系数92.86%、相对偏差+1.32%。时间精度方面，与MODIS主动火点匹配的斑块中位时间差为28天，与VIIRS匹配的为24天，分别有54.6%和59.5%的匹配斑块在30天内。

3.3 产品间比较

在2012–2022年共同期内，六个卫星火烧迹地产品间存在显著差异（Friedman检验χ²(5) = 25.70, p < 0.001）。FireCCI51系统性产生最大估计值，累计总量为DGF的2.84倍、EFFISBA的2.08倍、ALGEBA的2.02倍。与DGF年度火烧面积的一致性比较中，ALGEBA表现最佳（相关系数r = 0.95，最低的归一化中心均方根误差0.65）。所有卫星产品均显著高估DGF记录，平均增幅从EFFISBA的64.35%到FireCCI51的223.20%。空间比较中，ALGEBA和GABAM获得最高Dice系数（92.86%和92.26%），ALGEBA的漏报率（6.53%）低于GABAM（11.18%）。新一代NASA产品VNP64A1与MCD64A1表现几乎一致，而ESA的FireCCIS311与DGF的一致性优于C3SBA11。

讨论与结论

4.1 官方火灾统计的可靠性

DGF记录与ALGEBA在年际变率捕捉上基本一致，但系统性低估火烧面积，累计值仅为ALGEBA自然植被估计的70.6%。断点分析显示1990年代中期出现报告一致性反转，与阿尔及利亚内战时期吻合，表明政治不稳定和制度能力变化会影响长期官方火灾统计的可靠性。

4.2 标准全球遥感产品的评估

FireCCI51在地中海阿尔及利亚区域出现显著高估，累计火烧面积超过ALGEBA两倍、DGF的2.8倍，与全球普遍低估趋势相反。独立S2RD验证证实其强高估偏差，推测与其基于近红外的情境生长算法导致混合像元过度勾画有关。

4.3 新一代传感器的跨传感器时间稳定性

NASA的MCD64A1与VNP64A1之间的一致性优于ESA的FireCCI51与FireCCIS311/C3SBA11之间的连续性，表明MODIS到VIIRS的传感器过渡保持了更好的记录一致性，而Sentinel-3系列与MODIS时代产品间的偏差方向相反，需区域化校正。

4.4 ALGEBA的优势与实践价值

ALGEBA代表了地中海阿尔及利亚最长、空间明确且时间连续的30米火烧迹地序列（1984–2025），精度处于已发表高分辨率产品的高精度端。该数据集可支持火灾制度表征、预防资源分配、恢复监测和火灾报告标准化，并为2026年启动的国家火灾监测服务提供长期历史基线。ALGEBA还可支持地中海应急准备框架，包括欧盟民事保护机制。

研究结论

ALGEBA作为地中海阿尔及利亚区域1984–2025年最长的连续30米火烧迹地记录，在空间精度上达到Dice系数超过90%、相对偏差小于3.5%的高水平，时间报告精度中位数为MODIS 28天、VIIRS 24天。在与七个现有火烧迹地产品和官方DGF记录的系统比较中，ALGEBA与官方记录的一致性最佳且空间精度最高。FireCCI51在该区域出现两倍高估，与全球低估趋势相反。MODIS到VIIRS的传感器连续性优于MODIS到Sentinel-3。该数据集为阿尔及利亚火灾治理、区域火灾风险评估和全球火烧迹地产品评估提供了关键参考基准。