拉尼娜型太平洋海表温度趋势对美国西部野火面积的贡献，1984–2022

《Earth's Future》：Contribution of La-Ni?a-Like Pacific Ocean Trend in Sea-Surface Temperatures to Western United States Wildfire Area, 1984–2022

　　

在美国西部，1984–2022年间年度野火面积增加了306%，主要归因于森林火灾面积增加了1,320%。在此期间，与太平洋年代际振荡（PDO）相关，热带太平洋呈现出“拉尼娜（La Ni?a）型”趋势，即其温暖西部与凉爽东部之间的纬向海表温度梯度（gSST）增强。相比之下，大多数大气-海洋模型模拟认为人为引起的气候变化应迫使出现“厄尔尼诺（El Ni?o）型”gSST趋势，这一与观测不符的差异是当前深入研究的热点。为理解gSST预估的不确定性对美国西部野火活动的意义，研究人员对过去四十年观测到的gSST增加的贡献进行了统计估计。研究人员将观测到的燃烧面积结果与未发生所观测到的拉尼娜型gSST趋势的反事实情景进行比较。估计增强的gSST梯度解释了美国西部野火面积增加的19% [11%, 33%]。仅在森林地区，研究人员估计gSST趋势解释了观测到的增加的32% [21%, 45%]，主要归因于春季和夏季蒸气压亏缺（VPD）的增加。因此，增强的gSST不是观测到的野火面积增加的主要驱动因素，但看起来发挥了重要的次要作用。如果正的gSST趋势不逆转，与当前气候预估相比，美国西部气候可能仍然更有利于森林火灾。

发表于《Earth's Future》的一项研究，系统评估了1984–2022年热带太平洋拉尼娜型海表温度趋势对美国西部野火面积的影响。研究背景在于，美国西部野火面积在过去四十年增加了306%，其中森林火灾面积激增1,320%，而同一时期热带太平洋出现了与太平洋年代际振荡（PDO）相关的拉尼娜型海表温度（SST）趋势，即西部升温、东部降温，导致东西向海表温度梯度（gSST）增强。然而，多数气候模式模拟认为人为气候变化应导致厄尔尼诺型gSST趋势，与观测完全相反。这种模型-观测差异不仅关乎热带太平洋本身，也意味着美国西部未来水文气候和野火趋势可能比现有预估更加不确定。为此，研究人员统计估计了gSST增强对西部野火面积的实际贡献，并分析其空间差异。

研究人员将美国西部11个州划分为17个贝利生态省（Bailey's Ecoprovinces），并进一步区分森林与非森林区域。燃烧面积数据主要来自1984–2020年的美国西部MTBS-机构间（WUMI2）火灾数据库，并利用MODIS燃烧面积数据将序列延长至2022年；海表温度数据来自NOAA扩展重建SST V5（ERSSTv5）；气候要素（降水、温度、蒸气压亏缺等）来自nClimGrid、PRISM、ERA5动力降尺度数据等。研究人员构建了34个（17生态省×2土地覆盖）逐步多元回归模型，以季节气候变量预测年燃烧面积（以log₁₀表示），预测因子包括各季降水总量、湿日频率、最高/最低气温、VPD、太阳辐射和风速等，并纳入前一年降水以反映燃料生长效应。随后，利用gSST与这些气候变量的回归关系，构造去除gSST趋势的反事实气候情景，并驱动燃烧面积模型，从而分离gSST的贡献。采用500成员集合和13折交叉验证评估统计不确定性。

4.1 拉尼娜型SST趋势对美国西部水文气候的影响

研究人员分析1982–2022年gSST趋势，发现gSST以每十年0.27°C的速度增强，且在多数季节显著。gSST与西部水文气候的相关系数呈现典型的偶极型遥相关：拉尼娜型正gSST异常对应美国西部南部和中纬度地区的温暖干燥，以及太平洋西北部的湿润凉爽。夏季虽然相关性较弱，但分布更广，且与温暖干燥异常正相关，这使得gSST增强可能通过促进早干条件影响火灾季节。

4.2 季节气候能够很好地估计燃烧面积的年际变率和趋势

模型对西部总野火面积的拟合与观测高度相关（r=0.91，p<0.01），其中森林区域相关性达0.95，非森林区域为0.82。在趋势方面，模型解释了森林火灾面积观测增加（1,320%）中的1,128个百分点（占85%），解释了非森林面积增加（112%）中的103个百分点（占93%），以及总面积增加（306%）中的246个百分点（占80%）。13折交叉验证结果进一步支持模型的预测能力，表明模型可用于理想气候情景下的面积估计。

4.3 野火面积增加的驱动因素

森林火灾面积的急剧增加主要由春夏季节的VPD和最高气温（Tmax）驱动，