密集定居景观中标准火源指示因子是否依然成立？——韩国京畿道人为火源的林缘、步道与道路

《Fire》：Do Standard Ignition Indicators Hold in Densely Settled Landscapes? Forest Edges, Trails and Roads in Human-Caused Wildfires of Gyeonggi-Do, Republic of Korea

　　

荒地—城市交界带（wildland–urban interface, WUI）与道路可达性是人为火源的标准解释，但很少在森林与聚落交错分布的地区得到检验。研究人员分析了韩国京畿道2016年1月至2026年2月记录的1043起起火事件。由于坐标存在位移，每起火灾以其地籍地块内的随机点表示，并采用加权病例—对照模型估计相对起火强度。将Radeloff住房密度阈值应用于家庭户后，全省约四分之三的区域超过该阈值。起火点与对照点的道路距离存在差异，但在假定地块内位置均匀分布的条件下，该变量在林缘与聚落变量之外提供的信息很少。在景观、可达性与聚落变量中，与林缘的邻近性关联最强。该关联出现在毗邻森林的非森林可燃地上，而非森林内部；当病例与对照仅限于距森林100 m以内的土地时该关联依然存在，并部分反映了跨越森林边界的地块。步道邻近性与徒步者引起的起火相关，但与废弃物燃烧未检出可辨关联，尽管在小地块中二者差异无法区分。上述发现要求将标准指示因子与林缘土地覆盖及起火成因结合解读。

研究背景方面，气候变化下暖干化使全球野火风险上升，火险季节延长、过火面积增大，韩国近数十年大型火灾亦增多，天气与林分结构强烈影响过火面积，但火灾发生位置不能仅由天气与森林环境解释，人类聚落、土地利用与森林可达性同样塑造起火的空间分布。人为火源与人类活动的联系已在多地得到确认，理解野火风险需关注森林与人类活动区域的关系。描述这一关系的两个标准构念是荒地—城市交界带（WUI）与道路可达性：WUI由住房密度与植被覆盖组合界定，被视为美国增长最快的土地利用类型并在全球持续扩张；道路可达性亦被用作人为火源的主要预测因子，美国华盛顿州、南加州及韩国全国尺度研究均报告了道路距离与起火的关系，Galicia的研究进一步表明地形、植被、人类活动与WUI以交互方式决定起火风险。然而，这些标准指标在人口与路网密集、森林与非森林土地利用细密交错的地区是否同样有效，尚需单独检验。就WUI而言，Radeloff等的住房密度与植被标准参照美国聚落与土地覆盖条件设定，在聚落更密集处大片区域可能均满足住房密度标准，该标准本身不再能区分地点；就道路距离而言，其为无显式阈值的连续变量，路网密集时多数地点距道路很近，空间对比度收缩，饱和指标的判别力可能有限，但对比度降低本身并不意味着与起火不存在统计关联，故指标的空间分布与解释力须分开考察。分析范围亦重要：报告道路可达性与火灾发生关系的韩国研究多为全国尺度，包含人口稀疏山区与聚落道路密集的首都圈，区域间道路距离与人口密度差异会进入结果，将范围限制在密集区域内部可去除这种区域间变异。该问题亦关乎以道路为基础的野火政策：道路既为人类提供进入森林的起火机会，也为扑救队伍提供通道并充当控制线，2025年韩国山林厅宣布到2030年将灭火林道网从856 km扩展至3856 km，理由是扑救可达性与响应效率，但密集区域中车辆已可沿公共与农业道路以及林道抵达森林，车辆可达网络整体与林道网络需分开分析，且既有普通林道与新灭火林道在结构与功能上不同，前者的结果不能直接套用于后者。此外，人为野火并非单一过程，农业与垃圾燃烧、徒步等活动所对应的活动空间与进入森林方式不同，南欧、美国与西班牙研究已发现空间分布与主要预测因子随成因而异；韩国报告森林游憩者与农业残余物、田边及垃圾燃烧为主要人为成因。林缘是标准指标未直接捕捉的另一候选因素：森林与农田、草地、聚落相接处，非森林用地上的火可蔓延至相邻植被，进入森林者首先穿越其边缘，森林破碎化与人类影响结合已被关联于Galicia的起火，破碎化还成倍增加单位面积边缘长度，在森林与非森林细密交错处，林缘距离可能比道路距离或住房密度携带更多信息，但边缘邻近性与森林数量很少在同一模型中被分离。起火位置数据精度亦是问题：当地火坐标记录于地籍地块或行政单元的代表点而非实际起火点时，将其视为精确点位会给林缘或道路距离等空间变量引入测量误差，且该不确定性对小地块与大地块影响可能不同。区域覆盖上，韩国WUI与野火研究集中于大型火灾反复发生的东海岸及全国尺度环境风险评估，对森林与聚落高密度交错、小火频繁而大火罕见的首都圈，人类活动与起火位置关系的研究仍有限，标准WUI与道路可达指标在该类区域是否保持足够空间对比度、林缘与成因特异性可达性是否增加解释力、起火位置不确定性如何影响结果，三者尚未被一并考察。京畿道适于回答上述问题：作为韩国首都圈核心，人口与聚落密度高却仍有46.3%森林，野火记录数为全国各省最多而火灾很少扩大，且北部森林广布与南部建成区、农田、工业用地与森林细密交错形成明显景观对比，因而可在高道路可达性与住房密度下评价标准指标的适用性，并分析省内景观异质性与成因差异。据此研究人员提出三个研究问题与若干假设：问题1为标准指标的适用性，即在密集定居区域WUI住房密度标准与道路可达性指标是否保有足够空间对比度并与起火位置相关；问题2为景观与可达性的相对重要性，即林缘、车辆可达、步行可达与聚落中何者与起火关联最强、这些因素是否交互；问题3为起火成因与区域异质性，即上述关联是否随成因（如废弃物燃烧与徒步）而异、在城市化与森林覆盖不同的省内区域是否一致；次要问题为起火点距道路、林道或步道更近的火灾最终过火面积是否更小，用以检验可达性基础设施的扑救理由。相应假设为：H1起火随森林与非森林土地间边缘的邻近而增加；H2a起火随车辆可达（道路与林道）的邻近而增加；H2b起火随步行可达（通往森林内部的步道）的邻近而增加；H3起火随聚落与人口集中而增加；H4可达性与聚落密度并非独立作用于起火；H5上述因素的影响随起火成因而异；H6上述因素的影响在省内不同区域（以城市为主与以森林为主的市郡之间、北部与其余地区之间）存在差异。其中H2a按既有研究报告的方向陈述，但鉴于车辆可达饱和时该关联可能不再成立，宜读作对低密度环境中报告的关联在饱和可达条件下是否延续的检验而非对其成立的预测；H6涉及多个区域对比，按探索性处理并对多重检验校正。为此，车辆可达按道路网络整体与林道网络分别评价，步行可达通过徒步步道单独分析，并变动道路数据制图标准（是否仅绘制宽度至少3 m的道路）以考察可达性结果在多大程度上依赖数据定义；成因特异性空间差异结合林缘周边土地覆盖考察，结果稳健性通过区域分析与起火位置不确定性敏感性分析评价；由于扩展可达性基础设施的理由在于扑救而非预防，各可达性变量不仅针对起火位置、也针对火灾达到的面积进行检验。

研究人员采用的关键技术方法包括：以京畿道野火登记册（2016年1月至2026年2月，1272起）为样本来源，经地籍标识符重建起火地块并检索1254起（98.6%），最终纳入28个市郡的1043起火灾（10,415个病例点）与15,246个对照点；采用加权病例—对照逻辑回归（use–availability设计，斜率近似非齐次Poisson点过程的相对强度系数），病例点为起火地块内按面积比例生成（N_i=min(40, max(5, ?面积ha?))）、每起火总权重为1的随机点，对照点为全省可燃地上均匀随机抽取的25,000个点，采样框限定为森林、农田与其他可燃地；标准误采用按火灾聚类的稳健（三明治）估计，并以10 km（400次重复）与20 km（300次重复）空间区块自助法提供更保守的区间；以空间区块交叉验证评价判别力（ROC-AUC、PR-AUC），以Moran's I检验残差空间自相关；解释变量涵盖林缘距离、500 m半径内林缘密度与森林比例，车辆道路（土地覆盖多边形中≥3 m道路与全宽度道路中心线）、徒步步道（全国步道网16,091段、6165 km）与林道（2024年12月全国林道清单）距离，建设用地与农田距离，基于2024年SGIS 100 m家庭户网格、以1.1 km移动窗口应用Radeloff密度阈值（6.17户/km²）的聚落密度与WUI分类，以及由90 m全国数字地形模型导出的高程、坡度与坡向（北向性、东向性）；OpenStreetMap数据仅作独立交叉验证与边界市郡恢复之用。分析在Python 3.12环境下完成。

研究结果方面，样本构成与描述统计显示：起火地块检索率为98.6%，排除三个边界市郡136起与可燃地限制71起后余1043起；可燃地限制剔除边界市郡外27.4%的对照点与7.8%的病例点，被剔除的71起位于极小地块（中位0.07 ha）；最终样本过火面积中位0.10 ha，91.9%的火灾不足1 ha；起火点较对照点更近林缘（中位45 m对100 m）与步道（1120 m对1467 m），家庭户密度高一倍（90对45每km²）。主模型显示：在林缘、可达性与聚落变量中林缘距离关联最强（每标准差比值比0.611，p<0.001），地形控制变量中高程的标准化系数更大（0.558）；林缘密度（1.114，p=0.015）与森林比例（1.207，p=0.003）亦显著，但林缘密度的空间区块自助法区间包含1（0.983–1.242）；林缘距离系数（|log OR|=0.49）约为森林比例（0.19）的2.6倍；加入森林位置指示变量后森林比例不再显著（1.063，p=0.36），在面积不超过5 ha的地块中方向反转（0.830）。家庭户密度（1.308，p<0.001）、步道距离（0.868，p<0.001）与建设用地距离（0.854，p<0.001）显著；以OpenStreetMap步道替代步道清单后步道系数相近（0.860）。农田距离作为混杂控制呈相反方向（1.467，p<0.001），与森林内部深度共线，加入森林位置指示变量后消失（1.043，p=0.41）。地形变量中高程（0.558）、坡度（1.313）与北向性（0.767）显著，方差膨胀因子均在1.0至4.0之间；空间区块交叉验证ROC-AUC为0.736，接近样本内0.743；残差Moran's I为+0.035（置换p=0.002），拟合前为+0.041。稳健性方面，改变研究时段（时段×协变量交互联合p=0.19）、病例点抽样规则、对照集规模、剔除未知或未指明成因后仅用776起、空间区块自助法、按野火法定定义将样本限制在森林及距其500、200、100 m以内土地、以及限制在不超过10 ha与5 ha地块等七类选择后，林缘、步道、家庭户密度与建设用地的关联均保持方向与显著性，替代抽样规则未使任何系数变动超过4.5%；道路距离在时段、小地块与已知成因拟合中仍不显著，仅在限制于距森林200与100 m以内的框架中达到名义显著；林缘密度自助区间含1且在两个受限框架中失去显著性（p=0.063与0.12），森林比例在剔除未知或未指明成因后（1.149，p=0.062）及两个受限框架中（p=0.21与0.73）不再显著，并在不超过5 ha地块中符号反转；样本限制在不超过10 ha与5 ha地块时林缘关联增强（0.524与0.483）、步道关联减弱（0.900与0.909）。

林缘关联的土地覆盖依赖性（H1）显示：林缘关联仅出现在非森林可燃地上，森林内部未检出；按土地覆盖分层分别拟合时，非森林可燃地上关联很强（0.236，p<0.001；300起火灾），森林内部无关联（1.018，p=0.71；976起火灾）；森林位置与林缘距离的交互给出相同结果（森林外0.245，95% CI 0.192–0.312；森林内1.008，0.912–1.114；ΔAIC ?107），10 km区块自助法（400次重复）给出森林外0.175–0.314、森林内0.892–1.178、交互3.157–5.827，每一重复均将森林外比值比置于1以下、交互置于1以上；非森林层约承载总病例权重的13%（300起火灾至少含一个此类点；病例权重1043中的135）。就记录方式是否为假象的检验显示：非森林病例权重中49.6%来自完全非森林地块，21.7%来自森林不足一半的混合地块，28.7%来自森林占一半及以上的混合地块；混合地块的非森林点多落在一至两个20 m网格内（中位20 m），而非森林对照点中位距林缘134 m；多数混合地块的非森林部分为沿地块边界的窄条（中位距边界7.7 m），且地块登记为林地（233个混合地块中208个）；逐步剔除后，剔除全部混合地块非森林点使非森林梯度减弱至0.430（0.336–0.551），仅剔除196个其非森林点全部位于地块边界40 m以内的地块的非森林点得0.400（0.314–0.510），110起地块以非森林为主的火灾为0.375（0.269–0.522），67起地块完全非森林的火灾为0.703（0.483–1.024，p=0.066），方向相同但未达统计显著。按野火法定定义将病例与对照限制在森林及距林缘500、200或100 m以内的非森林可燃地后，非森林梯度依然很强（0.280、0.275与0.270；100 m处95% CI 0.194–0.374），森林内比值比接近1（1.006、1.002与0.995），合并系数随距离范围收缩而减弱（0.664、0.723与0.822）；将病例点权重向林缘倾斜（λ=50与100 m）后林缘关联保持方向与显著性。

道路、林道与WUI指标的对比度与关联（H2a、H3）显示：WUI密度标准在全省大部分区域被超过，空间对比度很小，Radeloff阈值6.17每km²应用于1.1 km窗口家庭户密度后，全省76.9%、森林内部63.5%的区域高于该阈值（掩膜家庭户计数设为0或4时为73.8–78.8%与59.2–66.4%），全省所有网格1.1 km窗口家庭户密度中位为59每km²（设为0或4时为45与73），约为阈值的十倍；但加入植被标准的WUI分类给出选择比（高于1表示起火相对过代表）混交型1.26、界面型1.36、非WUI 0.70。道路距离分布上，起火点至道路中心线距离中位45 m、对照点60 m；以≥3 m宽道路为车辆可行道路代理时，所分析4201 km²森林的85.0%位于此类道路500 m以内、96.5%位于1 km以内，起火点相应为95.3%与99.1%，中位距离80 m；森林内部中位距离按≥3 m计为160 m、含全部宽度为100 m，森林外两者均为20 m；972 km林道网络对此可达性贡献甚微，其中88.3%位于全国地形数据库已绘道路20 m以内，将其加入≥3 m道路层仅使距车辆可行道路500 m以内的森林比例由85.0%升至85.7%。按数据集的道路关联上，以仅绘制≥3 m道路的土地覆盖多边形测量时，起火在紧邻道路的0–25 m带显著偏少（比值比0.654，95% CI 0.525–0.816，p<0.001），改用无宽度限制的道路中心线后该亏缺消失（1.193，0.964–1.477，p=0.11），两次分析样本相同。将连续对数道路距离随协变量逐步加入拟合时，仅含地形控制时道路距离与起火明显关联（0.855，95% CI 0.817–0.895），加入林缘距离后减弱（0.940，p=0.036），再加入聚落与步道项后消失；主模型设定下道路项对所有火灾不显著（0.969，95% CI 0.915–1.026，p=0.28），各成因组亦均不显著（0.911–1.012，所有p>0.13），含森林位置指示变量的模型中亦不显著（0.956，p=0.14）；在森林内与森林外分别拟合时仍残留符合H2a方向的弱关联（0.923，p=0.008与0.836，p=0.014）；自然三次样条未改善拟合，道路项亦未改善交叉验证判别力；在限制于距森林200与100 m以内土地的框架中道路项达到符合H2a方向的名义显著（0.944，p=0.049与0.929，p=0.011）。以同一1043起火灾，≥3 m宽中心线道路（1.026，p=0.46）与OpenStreetMap道路（1.039，p=0.31）下道路系数亦不显著；以OpenStreetMap道路恢复三个边界市郡后（1176起火灾）系数为1.077（95% CI 1.004–1.155；聚类稳健p=0.038，基于模型p=0.078），方向与H2a相反，边界市郡道路服务程度与全省相当（其森林69.9%位于OpenStreetMap道路500 m以内，全省为70.6%）。地块内位置方面，将病例点权重向最近道路或步道倾斜后道路距离变为显著（λ=50 m时0.779、λ=100 m时0.854），但该情景按构造缩短了病例点道路距离，结果部分源自假设本身；向林缘倾斜时道路距离不显著（0.963与0.967）；在不超过10 ha与5 ha的地块中道路项仍不显著（0.974与0.962）。林道方面，全国林道清单含31个市郡中19个（分析的28个中17个）的567段，几乎均≥3 m宽；加入主模型后至最近林道距离处于常规显著性边缘（比值比1.081，95% CI 1.001–1.168，聚类稳健p=0.048；基于模型p=0.053；ΔAIC ?1.8），方向表明若有差异则是起火在更近林道处更少而非更多；将网络限制为2016年前建成的437段（972 km中的829 km）结果几乎相同；在含林道的市郡（1.032，p=0.44）或森林内部（1.003，p=0.94）子集中未检出关联；成因组中仅未知成因火灾达p<0.05（1.196，p=0.042），方向同为更近林道处起火更少。

成因特异性差异（H5）显示：将主模型设定分别拟合于五个成因组时，最鲜明的对比是徒步者引起与废弃物燃烧引起的火灾。徒步者引起的火灾与步道关联最强（0.758，p<0.001），与建设用地距离无显著关联（0.947，p=0.52），合并林缘关联最弱（0.753），其森林比例系数为五组中最大（1.475，p=0.002）；废弃物燃烧火灾则与步道无显著关联（1.032，p=0.63）、森林比例无显著效应（0.963，p=0.79），但合并林缘关联为各组中最强（0.496，p<0.001），亦是唯一农田距离不显著的组（1.137，p=0.055）；森林比例仅对徒步者引起（1.475）与未知成因（1.446）火灾显著；未知成因火灾在步道依赖（0.765）与森林比例上与徒步者引起火灾相似，其家庭户密度不显著（1.155）但与徒步者组差异不显著；按成因的步道结果与OpenStreetMap步道一致。两组步道对比除限制于小地块外在各检验中均成立，而两组林缘对比反映了两组所处土地覆盖的差异。

讨论部分总结：研究以京畿道1043起人为起火事件为对象，在密集定居景观中重新检验了WUI住房密度标准与道路可达性这两个标准火源指示因子的适用性，并考察了林缘、车辆与步行可达性、聚落与起火位置的关联及其成因与区域异质性。结果显示，Radeloff住房密度阈值在全省约四分之三区域被超过，密度标准本身几乎不再区分地点，WUI分类的选择比差异主要来自植被标准而非密度标准；道路距离在起火点与对照点之间存在差异，但在纳入林缘与聚落变量后不再提供额外信息，且其弱关联随道路数据定义、样本框架与地块内起火位置假设而变动，林道距离亦未显示H2a预测方向的关联。与此相对，林缘邻近性在景观、可达性与聚落变量中关联最强，且该关联出现在毗邻森林的非森林可燃地上而非森林内部，在剔除跨边界混合地块的非森林点、限制于野火法定定义范围以及将病例权重向林缘倾斜后仍保持方向与强度，尽管在完全非森林地块子集中未达统计显著。成因上，徒步者引起的火灾与步道关联最强、林缘关联最弱、森林比例系数最大，废弃物燃烧火灾则相反，表明以道路距离单一度量可达性或将所有火灾作为单一群体分析，可能掩盖随活动类型而异的空间关系。研究据此指出，标准指示因子的解释应结合林缘土地覆盖与起火成因进行，密集定居区域中WUI密度标准与道路可达性的空间对比度有限，林缘距离在该类景观中携带更多信息；同时，起火坐标位移会系统性使起火点更靠近道路与建筑地块，直接使用登记坐标将夸大道路可达性关联，故研究以地籍标识符重建起火地块并以地块内随机点加权近似位置不确定性。研究亦指出局限：成因分组基于登记成因而非实际行为人移动路径，其他组混合不同起火机制，可能存在与空间条件相关的错分；协变量为单一时间快照，早期火灾与最晚至十年后的景观匹配会引入测量误差；家庭户替代住房单元、移动窗口替代普查区块、仅以森林类作为野生植被等WUI分类偏离原定义；边界市郡因道路中心线保密被排除，可能使样本偏向更密集条件；过火面积分析仅评价观察到的关联，不解释为可达性基础设施扑救效应的因果估计。研究结论为：在森林与人类活动区域紧密相连的密集定居景观中，标准火源指示因子需与林缘土地覆盖及起火成因一并解读，林缘邻近性是其中与起火关联最强的因素，且其作用集中于非森林可燃地一侧；以道路为基础的政策论证应区分车辆可达网络整体与林道网络，并注意可达性基础设施的理由在于扑救而非预防。