低强度火灾对空气污染的益处

《SCIENCE》：The air pollution benefits of low-severity fire

　　

编辑总结

计划性燃烧，即人为引发小型火灾以防止更大规模野火的发生，虽可作为有效的燃料管理手段，但也会带来空气污染问题。那么，从空气质量角度来看，它究竟是利大于弊还是弊大于利呢？Higuera-Mendieta等人利用加利福尼亚州20年的卫星数据，分析了计划性燃烧对后续野火活动及空气质量的影响。研究结果表明，这类燃烧能立即降低同一区域发生极高严重程度野火的可能性，其保护作用可持续长达十年，并且在整个处理期间能大幅减少烟雾产生。——Jesse Smith

结构化摘要

引言

野火正在扭转美国多年来在空气质量方面的改善成果。这一趋势的背后，是百年来的防火措施导致燃料不断积累，再加上气候变暖使这些燃料更加干燥，从而增加了极端野火事件的发生概率。由此产生的烟雾对人类健康有着显著的负面影响，其危害程度可与气候变化带来的其他影响相媲美。计划性燃烧是通过人为引发低严重程度的火灾来减少燃料负荷，被视为缓解未来野火风险及野火烟雾问题的关键策略。然而，这种燃烧方式也会产生烟雾，这就引发了政策上的两难困境：如今刻意排放烟雾，是否有望在未来实现更大幅度的减排？

研究依据

尽管人们对计划性燃烧的兴趣日益浓厚，但关于其在美国西部地区对空气质量整体影响的全面证据仍然不足。由于西部地区计划性燃烧的面积有限，且空气质量监测也不够完善，因此很难准确量化这种燃烧方式在降低火灾风险方面的益处，以及其在产生烟雾方面的成本。为弥补这一缺陷，我们利用卫星数据估算了2000年至2021年间加利福尼亚州几乎所有野火的严重程度，同时结合针对火灾产生的烟雾颗粒物浓度数据进行分析。我们以低严重程度火灾发生的区域作为计划性燃烧的替代指标，通过合成控制方法将82,000多个经过处理的区域与相近的未处理区域进行对比，从而确定低严重程度火灾对后续野火风险、严重程度以及烟雾排放的具体影响。

研究结果

在针叶林中，低严重程度火灾在第一年内就能将后续野火发生的概率降低约53%，而对极端严重程度野火的影响则更为显著且持续时间更长：极高严重程度野火的风险下降了92%，其保护作用可维持超过十年。这些益处还会波及到周边未燃烧的区域，在距离处理区域2公里范围内的后续野火风险可降低43%，在5公里范围内也能观察到明显的效果。将这些火灾风险降低带来的影响转化为空气质量方面的变化后，我们发现，对一英亩针叶林实施低严重程度燃烧处理后，其在4到8年内带来的烟雾减排效益就能超过初始阶段的烟雾产生成本，具体时间取决于折现率以及是否考虑了溢出效应。若将溢出效应纳入考量，在所有测试的折现率下，十年内的收益与成本比率都能超过5。如果我们模拟从2010年开始在加利福尼亚州的针叶林中每年实施500,000英亩规模的计划性燃烧，预计经过十年的处理后，全州的烟雾颗粒物浓度可降低约10%。

结论

我们的研究证明，在针叶林中持续大规模实施计划性燃烧政策，确实能够带来净空气质量改善效果。虽然初期处理会产生成本，但这些成本会被未来野火烟雾的减少所抵消，尤其是通过避免极端严重的野火事件所带来的好处。不过，要实现这些净收益需要很多年时间。如果能够更精准地选择处理区域，还能进一步提升效果；此外，将计划性燃烧与其他燃料管理措施如机械间伐相结合，或许能进一步放大其带来的益处。总体而言，我们的研究结果表明，持续实施计划性燃烧政策，是切实改善美国西部地区空气质量的可行策略之一。

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火灾严重程度对火灾风险的影响。

我们利用卫星数据得出的火灾严重程度指标以及历史火灾数据，来分析低严重程度火灾如何影响未来高严重程度的火灾风险。低严重程度火灾不仅能降低已燃烧区域以及周边未燃烧区域的后续火灾严重程度，我们还估计，如果在加利福尼亚州每年对500到2000平方公里的区域实施大规模的低严重程度燃烧处理，十年后该地区的累计烟雾浓度最多可降低10%。

摘要

野火正在逆转美国大部分地区多年来在空气质量方面取得的改善成果。扩大计划性燃烧的应用范围被视为一项重要的解决方案，但由此带来的空气质量权衡问题——即初期会产生更多烟雾，但后期烟雾量会减少——目前还缺乏准确的量化数据。我们利用加利福尼亚州20年来通过卫星监测得到的火灾严重程度及烟雾颗粒物浓度数据，分析了作为计划性燃烧替代指标的低严重程度火灾对后续野火活动及空气质量的影响。研究发现，低严重程度火灾能使极高严重程度野火的发生概率降低92%，其保护作用可持续十年，影响范围可延伸至处理区域5公里之外。未来减少的烟雾量远远超过处理过程中产生的烟雾量，十年后的收益与成本比率可超过5。如果每年对500,000英亩区域持续实施此类处理，十年后该地区的烟雾细颗粒物（PM_2.5）浓度可降低约10%。