《Environmental Challenges》：Projection of Forest Fire Hazard in Northern South America Using the Fire Weather Index Driven by NEX-GDDP-CMIP6 Climate Projections
编辑推荐：
气候变化正逐步改变影响野火发生的气象条件。然而，由于缺乏高分辨率区域评估，南美洲北部气象危险性的未来演变轨迹仍存在不确定性。本研究在SSP1–2.6、SSP2–4.5和SSP5–8.5三种气候变化情景下，预估了2025–2100年南美洲最北部地区的森林火灾风险
气候变化正逐步改变影响野火发生的气象条件。然而，由于缺乏高分辨率区域评估，南美洲北部气象危险性的未来演变轨迹仍存在不确定性。本研究在SSP1–2.6、SSP2–4.5和SSP5–8.5三种气候变化情景下，预估了2025–2100年南美洲最北部地区的森林火灾风险。研究人员以ERA5-Land再分析数据为参考，评估了来自NASA地球交换全球日尺度降尺度预估–耦合模式比较计划第六阶段（NEX-GDDP-CMIP6）集合的19个气候模式及其多模式集合（MME）在1980–2014年期间对气温、相对湿度、风速和降水的历史再现能力。随后，研究人员针对每种气候情景和季节计算了加拿大火险天气指数（FWI）。分析评估了火险等级的空间分布以及每个网格单元被划分为低、中、高或极高风险的日数百分比，从而刻画了整个预估期内火险天气条件的时间持续性。MME准确再现了该指数的输入变量，气温、风速、相对湿度和降水的相关系数分别为0.95、0.79、0.73和0.63，一致优于单个模式模拟。在极端事件期间，如最大FWI值所示，极高风险类别从SSP1–2.6情景下占研究区域的66%扩展至SSP5–8.5情景下的82.53%。预估气候态表明，在12–2月（DJF）期间，拉瓜希拉半岛以及哥伦比亚和委内瑞拉加勒比海沿岸地区是气象火灾危险性最高的区域，FWI值最高可达27。预估结果进一步表明，季节性格局仍受热带辐合带（ITCZ）年度迁移的支配，而高排放情景会加剧火灾风险的严重程度。总体而言，研究结果表明，气候变化将主要加剧旱季期间的气象条件，并扩大火灾风险的空间范围，从而为加强南美洲北部的土地利用规划和早期预警系统提供科学基础。
论文解读
一、研究背景与科学问题
森林火灾是全球重大环境问题之一，与气候条件密切相关，能够扰乱生物地球化学循环、生物多样性和空气质量。近年来，受气候变化和大气变率影响，森林火灾的强度和频率在全球范围内持续增加，甚至在一些以往极少发生火灾的区域也开始出现。2025年全球平均近地表温度较1850–1900年前工业化时期平均值高出约1.43±0.13°C，成为有记录以来第二或第三温暖的年份。据估算，全球每年约有21.8亿人暴露于至少一天的显著野火烟雾污染之中。
在南美洲，野火的发生受气候变率以及大气条件与生物物理因素相互作用的共同影响。该地区气候复杂性高，受海洋系统、安第斯山脉地形和大气环流格局的共同塑造，导致气温、降水、相对湿度和风速等变量呈现显著的空间和时间异质性。近年来，南美洲野火活动持续加剧。在巴西，气候变化驱动的火灾已影响多个生物群落，对亚马孙生态系统和稀树草原造成显著影响；在秘鲁，火灾相关的生态影响广泛，导致植被覆盖发生显著变化并影响火后恢复过程。1985–2022年间，哥伦比亚、委内瑞拉、厄瓜多尔和秘鲁的高山帕拉莫（páramo）栖息地约有6,370 km2受到火灾影响，占该区域帕拉莫总面积的15%。在2024–2025年火灾季，委内瑞拉火灾的碳排放量比历史平均水平高出约50%，凸显了南美洲北部这些事件的严重性。
然而，评估火灾危险性仍面临挑战，因为气候与环境过程、植被条件和人类活动相互作用，形成复杂的火灾敏感性时空格局。全球气候模式由于空间分辨率较粗且关键气象变量存在偏差，在区域尺度上表征野火风险的能力有限。因此，需要基于降尺度和偏差校正技术生成的区域化气候产品，以更准确地捕捉影响研究和火灾风险评估所需的空间变率。NEX-GDDP-CMIP6数据集（NEX模式）源自CMIP6模式的统计降尺度，被广泛用于区域气候变量分析，能够提供更好的气候条件空间表征，但已有研究发现这些模式存在系统性偏差，且再现时间变率的能力各异，这给其应用引入了不确定性。
在此背景下，本研究旨在利用NEX-GDDP-CMIP6模式，在SSP1–2.6、SSP2–4.5和SSP5–8.5三种情景下，预估南美洲北部（涵盖哥伦比亚和委内瑞拉部分地区）2025–2100年的火险天气指数（FWI）值，以填补该区域高分辨率火灾气象危险性评估的空白。
二、主要技术方法
研究人员使用了NASA地球交换全球日尺度降尺度预估（NEX-GDDP-CMIP6）数据集，该数据集提供0.25°×0.25°水平空间分辨率、日尺度时间分辨率和近全球覆盖范围，包含气温、降水、相对湿度和风速等计算FWI所需的气象变量。研究选取了19个来自国际气候研究中心、参与CMIP6计划的全球气候模式（GCM）和地球系统模式（ESM），涵盖不同物理表征以考虑气候预估中的结构性不确定性。未来预估基于SSP1–2.6（低排放）、SSP2–4.5（中等排放）和SSP5–8.5（高排放）三种共享社会经济路径情景。以ERA5-Land再分析数据为参考数据集，该数据提供0.1°×0.1°空间分辨率和逐小时时间分辨率，通过双线性插值将ERA5-Land重映射至与NEX数据集相同的0.25°×0.25°规则网格。研究人员采用平均偏差（BIAS）、均方根误差（RMSE）和皮尔逊相关系数（r）三种统计指标，在1980–2014年历史时期逐像元评估各模式对四个气象变量的模拟性能。随后基于多模式集合（MME）计算各情景和季节的FWI值，分析火险等级空间分布及各级别日数百分比。
三、研究结果
历史性能评估结果： MME准确再现了FWI输入变量，气温、风速、相对湿度和降水的相关系数分别为0.95、0.79、0.73和0.63，一致优于单个模式模拟，表明多模式集合能够有效降低单一模式的结构性偏差。
极端事件下的火险等级扩展： 在极端事件期间，以最大FWI值为指标，极高风险类别从SSP1–2.6情景下占研究区域的66%扩展至SSP5–8.5情景下的82.53%，表明高排放情景显著扩大了极高火险等级的空间覆盖范围。
火险气候态的空间分布： 预估气候态识别出拉瓜希拉（La Guajira）半岛以及哥伦比亚和委内瑞拉加勒比海沿岸地区为12–2月（DJF）期间气象火灾危险性最高的区域，FWI值最高可达27。
季节性格局与情景差异： 预估结果进一步表明，季节性格局仍受热带辐合带（ITCZ）年度迁移的支配，而高排放情景会加剧火灾风险的严重程度，气候变化将主要加剧旱季期间的气象条件并扩大火灾风险的空间范围。
四、讨论与结论
研究结果表明，气候变化将主要加剧南美洲北部旱季期间的气象条件，并扩大火灾风险的空间范围。该研究为加强南美洲北部的土地利用规划和早期预警系统提供了科学基础。研究证实，多模式集合方法能够有效提升区域火灾气象危险性预估的可靠性，而高排放情景下火险等级的显著扩展凸显了减缓气候变化对降低区域火灾风险的重要性。
