《Ecological Economics》：Prescribed burning and localized human health: A stochastic bioeconomic model for wildfire mitigation
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•我们使用随机生物经济—烟雾—健康模型来评估计划烧除的权衡取舍。•计划烧除会在受处理森林附近产生局部烟雾健康成本。•不同森林类型之间，局部烟雾健康权衡差异显著。•我们的框架支持对计划烧除烟雾外部性的基准评估。引言野火的规模和频率都在增加（Taylor 和 Roald, 202
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我们使用随机生物经济—烟雾—健康模型来评估计划烧除的权衡取舍。
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计划烧除会在受处理森林附近产生局部烟雾健康成本。
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不同森林类型之间，局部烟雾健康权衡差异显著。
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我们的框架支持对计划烧除烟雾外部性的基准评估。
引言
野火的规模和频率都在增加（Taylor 和 Roald, 2022），并且是 PM2.5 污染的重要来源（Zhang 等, 2023）。PM2.5 是指直径小于或等于 2.5 μm 的颗粒物，已知其与多种严重的人类健康问题相关，包括呼吸、心血管、生殖和神经方面的影响（Thangavel 等, 2022）。在美国，计划烧除或受控烧除是一种常见且在某些情况下被偏好的燃料管理策略，即出于森林管理目的而有意点火。计划烧除带来多种益处，包括促进生态系统健康以及降低野火风险（USDA Forest Service, 2024, USDA Forest Service, 2022）。计划烧除的一个好处在于，它可以在总烟雾影响以及计划烧除演变为不可控野火的风险均最小化的条件下进行规划和实施。然而，计划烧除毕竟仍然是一种火灾，因此与其他任何火灾一样，风险依然存在。
本文的重点在于这一野火管理中的权衡取舍，特别是因为计划烧除被认为对总体森林和生态系统健康有重要贡献，但关于其对人类健康结果的影响却存在不确定性（Schollaert 等, 2024; Jones 等, 2022）。进行计划烧除的一个理由在于，它所产生的污染少于它所帮助缓解的严重野火。然而，正如 Jones 等（2022）指出的，我们对计划烧除与野火烟雾效应之间权衡的理解极为有限。以下是存在大量不确定性的方面：（i）计划烧除在多大程度上能够降低未来野火的影响；以及（ii）野火与计划烧除排放物的相对影响。这种不确定性部分源于研究的空白，但也源于问题本身的极其复杂性。每一起火灾的发生都是众多相互关联因素的独特结果，使得得出可推广的结论极具挑战性。
为弥补文献中的这一空白，我们构建了一个综合生物经济—烟雾—健康模型，用于研究计划烧除与未处理野火之间的权衡。我们以一个森林生长模型为起点，该模型旨在代表美国的四种森林类型。森林经营体系包含一个随机野火要素，且野火严重程度为内生决定。我们的模型随后使用一种数学烟雾排放与扩散模型，结合修正后的浓度—反应函数，将火灾烟雾排放与人类健康联系起来。野火严重程度——从而也即烟雾排放量——是由燃料管理内生决定的，这在野火生物经济模型中很常见（例如，Patto 和 Rosa, 2022）。该模型量化了与计划烧除相关的局部烟雾健康影响，并将其与通过燃料负荷减少所产生的预期未来野火烟雾健康影响减少量进行比较。我们将"局部"社区定义为位于受处理公顷下风向 50 km 处的代表性社区，从而使分析能够隔离与计划烧除相关的附近烟雾健康影响，而非区域性的烟雾传输。
研究结果表明，按每公顷每十万人口计，计划烧除相关的局部烟雾死亡损害超过了位于受处理公顷下风向 50 km 处的代表性社区所预期的野火烟雾死亡损害的减少量。重要的是，这一比较隔离了在同一公顷森林上分别采用计划烧除与不采用计划烧除两种管理方式所带来的烟雾健康影响，而非野火抑制的更广泛景观尺度后果。由于计划烧除会对附近人口造成即时的烟雾暴露，而其效益可能在更长的时间跨度和更广泛的空间尺度上实现，因此隔离这一权衡中的局部烟雾健康成分对于理解其分配后果至关重要。
同样重要的是，这些局部烟雾相关的健康成本仅代表计划烧除总福利影响的一个组成部分。燃料处理还可能减少未来野火造成的财产损失、扑救支出、基础设施损失和生态损害。这些效益中的许多在更广泛的空间尺度上实现，或惠及与经历计划烧除烟雾暴露的人群不同的群体。因此，此处估计的局部健康影响应被理解为计划烧除总经济评估中的一个重要外部性。
章节摘要
文献综述
尽管森林管理者旨在尽量减少负面影响，但计划烧除会产生烟雾颗粒物，暂时加剧空气污染。暴露于烟雾中的 PM2.5 会对人类健康产生负面影响（相关综述见 Thangavel 等, 2022），以及人力资本和生产率结果（例如 Hill 等, 2024; He 和 Ji, 2021; Jones 和 Berrens, 2021）。例如，野火烟雾中的 PM2.5 即使浓度相对较低——如观测到的那样——
模型
我们使用一个综合生物经济—健康模型（图 1）来模拟计划烧除和野火的健康影响。在我们的模型中，燃料负荷——其取决于幼树和成年树的种群数量——内生地决定了野火严重程度。与此同时，野火导致树木死亡，进而影响森林，最终影响燃料负荷。当野火发生时，它会导致基于烟雾 PM2.5 暴露所增加的死亡率而产生的健康损害。
我们引入
数据
虽然模型足够通用，可应用于任何存在自然野火干扰的森林类型，但如前所述，我们提供了四个数值示例，分别代表美国的四个不同区域：西北、西部、西南和东南部。这四种森林类型多样，能够就不同森林条件和火行为下计划烧除的影响提供多种见解。此外，这四个地区都有较长的历史
数值模拟方法
我们在 GoldSim 中开发了一个系统动力学模型，包含第 2 节讨论的所有模型组件。该模型包含森林生长方程、随机野火组件、燃料负荷估计、排放和浓度函数，以及健康影响计算。为捕捉随机野火组件，我们进行了 10,000 次蒙特卡洛
模拟结果
为便于阐述，我们首先详细说明单一森林类型—— lodgepole pine（ lodgepole 松）——的结果，随后提供其余树种的结果。模型设置和结果解读在四个树种之间几乎完全相同。
尽管任何森林类型都可以用于说明，但选择 lodgepole 松是出于几个原因。首先，该森林类型覆盖了美国西北部的广阔区域，并且是该地区的
讨论
在考察的所有四种森林类型中，模型显示计划烧除政策相对于不采用计划烧除的情况，会增加位于受处理公顷下风向 50 km 处的代表性社区的局部烟雾相关死亡损害。按每公顷每十万人口计，计划烧除相关的即时死亡损害超过了源自该公顷的预期未来野火烟雾相关死亡损害的减少量。因此，在模型下
结论
计划烧除被广泛推崇为应对日益严重的野火的一种低成本、高效益的解决方案，但计划烧除活动产生的烟雾对附近人口施加了实质性的健康成本。本研究开发了一个可行的随机生物经济—健康框架，用于量化计划烧除权衡的一个组成部分，即计划烧除带来的即时局部烟雾/死亡权衡。在考察的四种森林类型中，以及对于一个
CRediT 作者贡献声明
Ewa Z. Vick：撰写—审阅与编辑，撰写—原稿，可视化，方法学，形式化分析，概念化。Benjamin A. Jones：撰写—审阅与编辑，撰写—原稿，方法学，概念化。Shana McDermott：撰写—审阅与编辑，撰写—原稿，概念化。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本论文所报告工作的已知竞争财务利益或个人关系。
Ewa Z. Vick|Benjamin A. Jones|Shana McDermott
