高强度野火增加多年冻土区严重地面沉降风险：来自中国大兴安岭多年冻土区长时序InSAR观测的证据

《Forests》：High-Intensity Wildfires Increase the Risk of Severe Ground Subsidence in Permafrost Regions: Evidence from Long-Term InSAR Observations in the Da Xing’an Mountains Permafrost Region, China

　　

在全球气候变化背景下，野火已成为加速多年冻土退化的关键扰动因素。然而，野火如何影响地表形变，包括其空间格局和潜在驱动机制，仍不清楚。因此，本研究以1987年特大黑龙大火（Great Black Dragon Fire）影响的大兴安岭北部多年冻土区为案例。基于2016—2021年获取的Sentinel-1合成孔径雷达（SAR）影像，研究人员采用小基线集干涉合成孔径雷达（SBAS-InSAR）技术获取地表形变速率，并将这些速率与历史火烧严重度（dNBR）和地形因子相结合。利用随机森林（Random Forest）和空间自相关分析评估野火扰动与地表形变之间的长期关联及其潜在控制因素。结果表明：（1）野火发生35年后，多年冻土区植被尚未完全恢复到火前水平；（2）2016—2021年地表形变总体以沉降为主。以同一区域内未火烧斑块作为气候驱动背景沉降的对照，高强度火烧区内严重沉降（年速率≤?50 mm yr^?1）面积占比达到12.86%，而未火烧区为10.21%，表明高强度野火可能加剧区域背景沉降；（3）随机森林模型解释力较低（R²=0.03），因此用于对所选预测因子进行探索性比较，而非对地表形变进行准确预测。在所选变量中，dNBR的相对重要性最大，其次是地形粗糙度和坡度，而剩余的空间变异性可能反映了未测量的水文和地下控制因素。本研究为理解野火引发的多年冻土"突变退化"（此处定义为扰动驱动的融化和沉降加速，超出逐步气候驱动的退化）提供了定量基础，并有助于理解多年冻土区的碳—气候反馈机制。

**研究背景与科学问题**

多年冻土是地球冰冻圈的核心组成部分，广泛分布于北半球高纬度地区和中低纬度高海拔山区，约占北半球陆地总面积的四分之一，储存约1300–1600 Pg有机碳，约为大气碳库的两倍，在调节区域水文循环、碳循环和生态系统稳定性方面发挥关键作用。在全球变暖背景下，多年冻土正经历前所未有的强烈退化，最直接的表现是活动层（active layer，季节性冻融层）加深和富冰多年冻土层融化，进而引发广泛的地面沉降和形变。以往研究主要聚焦于气候驱动的"渐进融化"，而野火作为一种极端生态扰动，通过移除或破坏植被冠层、苔藓层和土壤有机层，削弱地表隔热能力，改变地表反照率和地能平衡，从而加速活动层加深、地下冰融化和热喀斯特（thermokarst，冻土融化引起的地表塌陷地貌）发育，最终导致地表沉降。然而，关于野火如何影响地表形变的空间格局和长期演化的大尺度定量研究仍然有限。为此，研究人员以1987年特大森林火灾影响的大兴安岭北部多年冻土区为案例，开展野火扰动与地表形变长期关联的系统研究。

**研究内容与主要方法**

研究人员利用2016—2021年25景Sentinel-1 SAR影像，采用SBAS-InSAR技术获取地表形变速率；基于1986—2022年Landsat系列影像计算归一化植被指数（NDVI）和归一化火烧比率差值（dNBR），对火烧严重度进行分级；结合双变量局部空间自相关分析（Local Moran's I）和随机森林回归模型，评估野火扰动与地表形变的空间关联及预测因子相对重要性。样本来源为1987年大兴安岭特大火灾火烧迹地（约84,600 km²），影像数据来自USGS和ASF档案馆。

**主要研究结果**

3.1 火烧严重度的空间分布与景观格局：基于dNBR分类发现，高强度火烧斑块集中连片分布于研究区中西部和东南部，面积2527.21 km²（18.52%），由56,320个斑块组成；低强度火烧区面积2585.17 km²（18.95%），但被分割为214,779个斑块，破碎化程度极高；未火烧斑块面积4724.38 km²（34.63%），为后续对比提供了内部参照。

3.2 火烧后植被恢复的年际格局：1986—2022年NDVI时间序列显示，