尽管最近被烧毁的面积有所增加，但北美各种森林的火灾赤字仍然存在

在许多北美森林中，考虑到火灾伤痕累累的树木提供的多世纪视角，近年来特殊区域被烧毁并不是前所未有的。然而，大量证据表明，当代野火对森林和人类的不利影响之严重程度是前所未有的。

　　

北美森林火灾现状：面积增加但 “火灾赤字” 仍存 —— 一项基于树轮火疤网络的研究

美国农业部森林服务局洛基山研究站奥尔多?利奥波德荒野研究所（USDA Forest Service, Rocky Mountain Research Station, Aldo Leopold Wilderness Research Institute）的研究人员 Sean A. Parks 等人在Nature Communications杂志上发表了题为 “A fire deficit persists across diverse North American forests despite recent increases in area burned” 的论文。该研究利用北美树轮火疤网络（NAFSN）和当代火灾边界数据，对北美森林当代火灾状况与历史火灾状况进行对比分析，为森林火灾管理和政策制定提供了关键依据，有助于深入理解森林生态系统变化，对平衡森林生态保护与人类活动影响具有重要意义。

摘要解读

该论文通过分析北美树轮火疤网络和当代火灾边界数据，探讨当代火灾制度（1984 - 2022 年）与历史火灾制度（1880 年前）的差异。研究发现，尽管近几十年北美森林火灾面积增加，但在多种森林类型中，“火灾赤字” 现象仍然普遍存在。从多世纪的时间尺度看，近年火灾面积创纪录的年份并非史无前例。不过，当代火灾的严重程度却达到了前所未有的水平，对森林生态系统、人类生活和基础设施等产生了极大负面影响。

研究背景

在 19 世纪末 20 世纪初之前，野火在北美许多森林和林地中频繁且广泛发生。但随后，由于传统用火方式被破坏、牲畜放牧以及对人为和闪电引发火灾的积极扑救，火灾被大量排除，导致 20 世纪许多北美森林的年平均火灾面积低于历史火灾制度下的水平，出现 “火灾赤字”。然而，在过去几十年里，北美大部分地区的野火面积呈增加趋势，部分年份火灾面积异常高，这引发了人们对当代火灾制度与历史火灾制度差异的疑问，以及对近期火灾年份是否前所未有的探讨。科学界一直关注当代火灾制度在火灾频率和年火灾面积方面与历史参考条件的偏离程度，但此前的研究方法存在局限性。例如，历史火灾频率模型缺乏与当代年份对比所需的年度分辨率，湖泊沉积物和沼泽中木炭等火灾代理指标虽能提供长时间的火灾记录，但时空分辨率较低，且多集中在较冷森林类型。相比之下，树轮火疤记录能提供年度分辨率的特定地点火灾发生信息，NAFSN 的建立使得在更广泛区域和多种森林类型中对比历史和当代火灾活动成为可能。

研究材料与方法

研究材料

历史火灾数据主要来源于北美树轮火疤网络（NAFSN），该网络包含 1851 个符合标准的站点，这些站点通过对树木年轮火疤的分析来确定历史火灾发生时间。研究选取 1600 - 1880 年为历史时期，不过部分生态区域因数据限制，依据特定规则确定起始年份。当代火灾数据则基于 1984 - 2022 年的遥感影像获取的详细火灾边界。在加拿大，数据来源于加拿大国家火灾数据库和国家燃烧面积综合数据；在美国，数据来自监测火灾严重程度趋势项目和荒地火灾机构间地理空间服务组。同时，研究采用生态区域来代表不同森林类型，虽承认区域内森林类型和优势树种存在差异，但旨在通过这种方式评估不同森林类型间的火灾趋势差异。

关键技术路线

1. 评估火灾赤字或盈余：根据历史时期各生态区域站点燃烧的平均年比例，计算 1984 - 2022 年当代时期 NAFSN 站点的 “预期” 燃烧次数。通过统计与当代火灾边界相交的 NAFSN 站点数量，得到实际燃烧次数。为减少站点面积差异影响，对站点进行缓冲处理。运用自举重采样程序，比较预期和实际燃烧次数，判断是否存在显著差异，以此确定是否存在火灾赤字或盈余。
2. 对比当代和历史火灾年份：创建所有 NAFSN 站点和各生态区域的年度燃烧百分比频率分布，绘制当代火灾边界相交站点的年度百分比频率分布。通过六边形多边形（hexels）分析，对历史和当代火灾进行汇总，减少站点密度差异影响。针对当代燃烧站点数量最多的年份和无火灾年份，分别与历史时期进行对比，计算当代最大值在历史时期达到或超过的比例，以及当代和历史无火灾年份的比例并求比值，利用块自举重采样技术检验差异显著性。

研究结果

当代火灾仍存在显著赤字

研究表明，1984 - 2022 年当代火灾燃烧 NAFSN 站点的频率低于历史参考时期（1880 年前）。以历史火疤记录为依据，1984 - 2022 年 NAFSN 站点预期燃烧 4346 次，但实际仅燃烧 989 次，仅为预期的 23%。除泰加和哈德逊平原生态区域出现火灾盈余外，其他生态区域均呈现显著的火灾赤字。

近年大火并非史无前例

对比历史参考时期，近年火灾活动广泛的年份并非前所未有。2020 年是当代火灾中燃烧 NAFSN 站点比例最高的年份，为 6%，远低于 1748 年历史上火灾最广泛年份的 29%，且与历史时期 NAFSN 站点的年平均燃烧比例 6% 持平。通过六边形多边形分析，2011 年和 2021 年平均燃烧比例为 5%，而 1748 年为 17%，历史时期平均为 7%。各生态区域也呈现类似模式，如西北森林山区生态区域，2021 年当代火灾燃烧站点比例最高为 8%，但 1729 年和 1748 年分别达到 23%，历史时期年平均为 5%。

当代无火灾年份更频繁

当代时期无火灾年份的发生率显著高于历史时期。在所有 NAFSN 站点，当代无火灾年份的发生率是历史时期的 100 多倍，在北方森林、温带塞拉山脉和东部温带森林生态区域至少高出 5 倍。不过，由于历史早期样本量较低，可能高估了历史上无火灾年份的可能性，实际当代与历史无火灾年份发生率的比值可能更大。

研究结论与讨论

尽管近年来北美森林火灾面积有所增加，但研究显示 1984 - 2022 年许多森林和林地生态系统仍存在显著且持续的 “火灾赤字”。当代火灾发生频率远低于 1600 - 1880 年的历史水平，即使有多个大火年份，如 2020 年美国西部大火，当代火灾仍未达到历史火灾制度下的水平。近年火灾年份虽在火灾面积上并非史无前例，但在火灾严重程度（如树木死亡率和土壤破坏）、森林转换以及对人类的影响等方面，很可能是前所未有的。

“火灾赤字” 导致了森林中燃料积累和树冠密度增加，改变了森林的组成、结构和连续性，使得火灾发生时对森林生态系统、人类社区和健康产生更严重的负面影响。在西部北美森林，燃料负载增加导致火灾严重程度上升，部分森林因高强度火灾和气候变化正向不可逆转变。在东部北美森林，火灾减少使耐荫、对火敏感的树种侵入，改变了森林的可燃性和物种组成。当代野火对人类生活、基础设施、空气质量和社区的负面影响在过去几十年显著增加，这主要是由于野火 - 城市界面的扩大、当代社区对野火适应能力不足以及燃料负载、天气和气候的异常组合导致火灾难以控制。

历史上，火灾常作为森林和人类的稳定反馈，促进某些食物生长并减少不良火灾风险。但当代火灾更多地成为不稳定反馈，引发生态转变和对社会造成巨大危害。需要注意的是，该研究存在一定局限性，部分地区因火疤数据缺失或采样不足，研究结果可能无法全面反映当代与历史火灾的差异。不过，一些地区的实践表明，恢复历史火灾制度是可行的。如美国东南部的一些温带森林通过频繁的规定火烧，使森林火灾回归间隔接近历史范围；西部的一些保护区也通过修订火灾管理政策，恢复了接近历史参考条件的火灾制度，取得了降低高严重度火灾风险、改善水文功能和增强生物多样性等良好效果。

这项研究的重要意义在于，明确了北美森林当代火灾与历史火灾制度的差异，揭示了 “火灾赤字” 与火灾严重程度增加的现状及影响，为森林火灾管理提供了关键的历史参考依据。它有助于管理者和政策制定者认识到，在当前气候和社会条件下，应调整火灾管理策略，增加规定火烧、减少燃料负载、提高社区对火灾的适应能力，以增强森林和社区对火灾的抵御能力，实现与火的和谐共存，促进森林生态系统的可持续发展。