《Canadian Journal of Forest Research》：Shifting wildfire spread dynamics in Canada: declining spread rates but increasing spread days under more severe fire weather from 2002 to 2024
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人为气候变化已推动加拿大近几十年山火活动显著增加，但尚不清楚控制火灾蔓延的机制是否随时间改变。研究人员利用加拿大火灾蔓延数据集（Canadian Fire Spread Dataset, CFSDS），量化了2002至2024年全国及区域尺度上山火蔓延动态的趋
人为气候变化已推动加拿大近几十年山火活动显著增加，但尚不清楚控制火灾蔓延的机制是否随时间改变。研究人员利用加拿大火灾蔓延数据集（Canadian Fire Spread Dataset, CFSDS），量化了2002至2024年全国及区域尺度上山火蔓延动态的趋势，并检验这些变化是否与日益增多的火灾有利天气相关，或与景观对火灾蔓延阻力的转变有关。研究人员发现，每场火灾观测到的蔓延天数均值在研究期间增加了超过一倍（+138%）。这一增长是由日益增多的火灾有利天气天数驱动，这促进了更长的火灾持续时间和更大的累积潜在蔓延。相反，每场火灾的平均每日蔓延距离（daily spread distance, DSD）显著下降（-43.9%），而极端蔓延事件（高于第90百分位）的频率保持相对稳定。同时，观测DSD与潜在DSD的比率显著降低，表明火灾蔓延日益受到气候效应之外的景观特征限制。两种竞争性假设可单独或共同解释这一模式。第一，景观对火灾蔓延的阻力可能因火灾驱动的负反馈、燃料破碎化、向不易燃阔叶植被的转变以及森林管理等交互过程而增加。第二，日益严重的火灾天气条件可能使火灾得以蔓延至先前不太可能燃烧的林分，从而造成景观阻力增加的假象。尽管火灾蔓延格局存在区域差异，但全加拿大时间趋势大致一致，表明存在共同但交互的底层驱动因素。尽管潜在景观约束在增加，研究人员得出结论：日益增多的火灾有利天数仍足以促进更大火灾和不断上升的年烧毁面积。这些发现强调了在持续气候变暖下预测未来山火活动时需要考虑不断演变的景观阻力。
研究背景：加拿大山火活动正显著加剧，2023至2025年近3000万公顷被烧，占全国森林面积约8%，为1959年以来最大三年累积烧毁面积。年烧毁面积自1950年代末以来每十年增加约30万公顷，大型火灾规模持续增大。这些变化主要归因于气候变化，其驱动更频繁和更严重的火灾天气，延长火灾季节。在此背景下，火灾蔓延是决定最终火灾规模的核心因素，但关于火灾蔓延动态的长期趋势及其驱动因素（气候与景观）的相对贡献仍未量化。本研究旨在利用加拿大火灾蔓延数据集（CFSDS）分析2002至2024年全国及区域尺度火灾蔓延动态的变化，包括蔓延天数、每日蔓延距离（DSD）、极端蔓延事件频率，并评估景观阻力随时间的变化。
研究内容与结论：研究人员发现，全国范围内每场火灾的蔓延天数显著增加（+138%），而平均每日蔓延距离（DSD）显著下降（-43.9%），极端蔓延事件天数未显著增加。观测DSD与潜在DSD的比率（DSDratio）下降42%，表明景观阻力增强。燃烧细胞中针叶树比例（prcC）略微下降（-7.9%），表明火灾更倾向于发生在针叶含量较低的林分。潜在每日蔓延距离（pDSD）小幅下降，但累积潜在蔓延距离（pDSDcum）增加89%，反映火灾持续时间延长。这些趋势在区域上总体一致但幅度不同，西部和中部地区火灾有利天气天数和累积潜在蔓延增加最为显著。
研究意义：论文发表在《Canadian Journal of Forest Research》。研究揭示了火灾蔓延动态已发生显著变化，蔓延天数增加但蔓延速度下降，景观阻力上升。这暗示气候变化与景观反馈（如火灾后植被转变、森林管理）共同作用。尽管景观阻力增加，但日益增多的火灾有利天数仍足以推动火灾规模和年烧毁面积持续增长。研究强调在预测未来山火活动时需考虑景观阻力的演变。
关键技术与方法：
研究人员采用了三个主要数据集和技术方法：(1) 加拿大火灾蔓延数据集（CFSDS），基于MODIS和VIIRS卫星热点数据，通过地统计插值重建2002-2024年加拿大>1000 ha火灾的每日燃烧进度，空间分辨率90 m；(2) 火灾天气数据来自ERA5-Land再分析，计算加拿大火灾天气指数（FWI）系统六项指标及补充变量；(3) 燃料数据来自空间化加拿大国家森林清查（SCANFI），获取燃烧像元的针叶比例（prcC）。研究通过光梯度提升机（LightGBM）分位数回归模型（以第99百分位为目标）预测潜在每日蔓延距离（pDSD），并计算观测与潜在蔓延距离比率（DSDratio）以量化景观阻力。趋势分析采用Theil-Sen估计与Yue-Pilon修正的Mann-Kendall检验。
研究结果：
1. 伴随蔓延的严重天气天数（wx）：所有火灾天气指数均显著上升，其中长期记忆指数（如干旱码DC和累积指数BUI）增幅最大（DC天数增加276%）。西部和中部火灾（如南科迪勒拉SC、大奴湖GSL、南方草原SP）经历更多严重FWI条件天数，东部火灾较少。
2. 燃烧像元中针叶树比例（prcC）：全国尺度略微但显著下降（-7.9%）。北部北方森林针叶比例最高，南方草原下降最明显，六个均质火灾区（HFRZ）趋势显著。
3. 观测的蔓延天数（nDSD）、每日蔓延距离（oDSD）和极端蔓延天数（nxDSD）：nDSD全国显著增加（+138%），2023和2024年最高；oDSD显著下降43.9%（约1 km/蔓延天）；nxDSD增加27.6%但不显著。区域上，东部HFRZ（如东詹姆斯湾EJB、东部亚北极ES）oDSD较高但nxDSD较少；西部山区（如内陆科迪勒拉IC、南育空SY）oDSD低但nxDSD频繁。多数区域oDSD显著下降，仅SP和西詹姆斯湾WJB的nxDSD显著增加。
4. 潜在每日蔓延距离（pDSD）和累积潜在蔓延距离（pDSDcum）：LightGBM模型（伪R2=0.232）预测pDSD，最重要变量依次为初始蔓延指数ISI、纬度、经度、干旱码DC和相对湿度RH。全国pDSD小幅但显著下降约12%；pDSDcum大增89%。区域上，东部pDSD较高但pDSDcum较低；西部和西北部pDSD低但pDSDcum高。仅太平洋区（P）pDSD显著下降，8个HFRZ（全部位于西部和中部）的pDSDcum显著增加。
5. 观测与潜在每日蔓延距离比率（DSDratio）：全国DSDratio显著下降超过42%（从2002年约0.30降至2024年0.17）。比率最高值在东北部（EJB、NAT、ES），最低值在西部山区（IC、SC、P、SY）。16个HFRZ中有12个DSDratio显著下降。
总结讨论与结论：
讨论部分指出，蔓延天数增加与火灾有利天气频率上升一致，体现了自上而下的气候控制作用。但每日蔓延距离下降及DSDratio降低表明景观阻力增强，可能源于两种竞争性假设：一是火灾负反馈（如燃料破碎化、阔叶物种增多）和森林管理增加景观阻力；二是更严重的火灾天气使火灾蔓延至以前不易燃的林分，造成阻力增加的假象。研究强调区域差异：东部平坦连续景观支持快速蔓延但天数少；西部山区蔓延慢但持续长。时间趋势在全国大致相似，但西部和中部增幅更大。研究局限性包括时间序列较短、火灾检测改进（VIIRS后）可能引入偏差、未考虑坡度等。结论翻译如下：
尽管部分地区蔓延速率下降，但火灾有利天气频率的预计增加将持续推动加拿大火灾规模和年烧毁面积增长。火灾季节长度预计全国延长，高和极端BUI条件更频繁，有利持续蔓延。气候变化已增加2023年等极端季节的可能性，类似条件到2050年概率约翻倍。国家烧毁面积可能增加2至5倍，带来重大生态和社会经济后果。更暖和更干燥的条件预计延长火灾持续时间并增加极端蔓延天数，促进未来几十年更大火灾。此类蔓延有利条件的预计增加表明仅靠抑制难以对抗大尺度趋势。与先前研究一致，研究结果强调了将区域景观特征及其时间演变纳入未来火灾格局预测的重要性。火灾活动增强可能通过植被变化和燃料不连续性强化负反馈，潜在增强景观对蔓延的阻力。同时，火灾和人为干扰（如森林采伐）的累积影响引发的植被变化可能进一步改变景观结构以降低其可燃性。无论如何，本研究证实山火蔓延动态已在转变并可能继续演化，因此详细评估火灾行为属性对于预测未来烧毁面积和提高社区及其他风险价值的准备至关重要。
