摘要：野火是森林和多種植被生態(tài)系統(tǒng)面臨的最重要自然干擾，也是一種重要的自然災(zāi)害;而人類活動(dòng)已在全球范圍內(nèi)顯著影響了野火的發(fā)生與分布，因此野火成為全球變化及其環(huán)境影響研究的關(guān)鍵議題之一。本文基于國(guó)際野火研究的文獻(xiàn)搜索和統(tǒng)計(jì)分析，從野火的觀測(cè)⁃評(píng)估⁃預(yù)警技術(shù)、野火時(shí)空格局研究、氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)野火的影響、野火的環(huán)境⁃生態(tài)⁃進(jìn)化效應(yīng)等方面入手，綜述了自21世紀(jì)以來(lái)的國(guó)際野火研究進(jìn)展。

　　概括起來(lái)，遙感技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)了野火觀測(cè)的時(shí)空分辨率不斷提高，對(duì)野火時(shí)空格局的刻畫從單一因子向多重指標(biāo)的火燒體系評(píng)估轉(zhuǎn)變。氣候變化在某些區(qū)域已經(jīng)顯著影響了野火的發(fā)生頻率，預(yù)計(jì)隨著全球變暖野火風(fēng)險(xiǎn)將進(jìn)一步加大，并且極端大火的發(fā)生機(jī)制和生態(tài)影響越來(lái)越受到關(guān)注。人類活動(dòng)一方面通過增加火源提高了野火頻率，另一方面又通過提高生態(tài)系統(tǒng)管理的強(qiáng)度、撲救火災(zāi)以及降低可燃物的連通性抑制了野火的發(fā)生。

　　植被在長(zhǎng)期演化過程中形成了一系列適應(yīng)火的功能機(jī)制，這些功能屬性影響著生態(tài)系統(tǒng)對(duì)野火的響應(yīng)，并對(duì)火后生態(tài)恢復(fù)和重建具有科學(xué)指導(dǎo)價(jià)值。未來(lái)野火研究將向跨時(shí)空尺度、觀測(cè)和模擬深度融合、典型機(jī)制和大尺度效應(yīng)相結(jié)合的方向發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：森林火災(zāi)，野火，時(shí)空格局，全球變化，植被恢復(fù)，遙感，綜述

　　野火是全球生態(tài)系統(tǒng)中最重要的自然干擾過程之一，也是森林面臨的主要自然災(zāi)害。在2003—2012年間，全球平均每年發(fā)生火災(zāi)數(shù)十萬(wàn)次，合計(jì)燒毀森林面積達(dá)6.7×108hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上千億美元[1]，對(duì)人類生命安全和社會(huì)財(cái)富形成巨大的威脅。同時(shí)，火災(zāi)破壞地表植被，釋放大量溫室氣體、顆粒物和其他痕量氣體，加劇水土流失和空氣污染，是全球氣候變化的重要驅(qū)動(dòng)因子之一[2⁃3]。

　　1997—2015年間，全球野火導(dǎo)致的碳排放約為2.0PgCyr-1(1Pg=1015g)，其中熱帶毀林和泥炭地焚燒導(dǎo)致的二氧化碳凈排放約為0.5PgCyr-1，對(duì)大氣二氧化碳濃度升高的貢獻(xiàn)顯著[4]。盡管數(shù)億年作用至今的野火有其自然起因，如閃電，但目前人類活動(dòng)已在全球絕大多數(shù)地區(qū)成為野火發(fā)生的首要起因。這更使得野火的發(fā)生、分布及生態(tài)與環(huán)境效應(yīng)成為全球變化研究的焦點(diǎn)問題[1，5]。

　　另一方面，野火長(zhǎng)期、廣泛地作用于陸地表面大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)，并成為許多植被類型和物種賴以存續(xù)的關(guān)鍵過程[6⁃7]。在熱帶、亞熱帶的半干旱和半濕潤(rùn)地區(qū)，野火摧毀地表植被并重啟群落演替過程，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的物種組成產(chǎn)生了一系列影響[5]，也是控制樹木覆蓋度、影響木本植物功能性狀的顯著因素[6⁃8]。野火通過改變地表植被的組成、葉面積和高度，顯著調(diào)控了景觀和區(qū)域尺度的水文過程[9]。

　　在全球尺度上，野火通過對(duì)碳-水循環(huán)、地表反照率、大氣氣溶膠和云團(tuán)性質(zhì)的影響，最終可能改變地表能量平衡[10]。由于野火對(duì)于地表環(huán)境的多尺度影響，全球氣候觀測(cè)系統(tǒng)(GlobalClimateObservingSystem，GCOS)將野火干擾列為關(guān)鍵氣候變量(EssentialClimateVariable，ECV)之一。

　　據(jù)預(yù)測(cè)，隨著溫室氣體排放增加和全球氣候變化的加劇，未來(lái)全球多數(shù)地區(qū)，特別是高緯森林，將面臨更高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)[11⁃12]。在上述背景下，國(guó)際野火研究近年來(lái)在火的觀測(cè)、模擬和影響方面取得了顯著進(jìn)展。

　　本文依據(jù)對(duì)國(guó)際科學(xué)論文SCI數(shù)據(jù)庫(kù)和中國(guó)科技論文CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)的野火研究文獻(xiàn)檢索結(jié)果，就野火探測(cè)技術(shù)方法、野火時(shí)空格局及其生態(tài)、環(huán)境和進(jìn)化效應(yīng)，以及全球變化對(duì)野火活動(dòng)的影響等4個(gè)方面的國(guó)際、國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，明確其前沿問題和發(fā)展方向，以期對(duì)國(guó)內(nèi)的林火研究提供有益借鑒。鑒于絕大多數(shù)野火研究并不就其起因做“人為”或“自然”的區(qū)分，本文涉及的文獻(xiàn)包含且不區(qū)分上述兩類，而統(tǒng)稱為“野火研究”。

　　1野火研究的迅速發(fā)展

　　1.1研究論文的迅速增長(zhǎng)

　　根據(jù)對(duì)ISIWebofScience數(shù)據(jù)庫(kù)的多主題詞搜索，近20年來(lái)野火研究的年發(fā)表量增長(zhǎng)4倍，其中2004年和2011年是增長(zhǎng)加速的兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。總體上，火燒面積(burnedarea)和火燒體系(fireregime)構(gòu)成了野火探測(cè)評(píng)估的兩大主題，兩者分別反映了野火研究在全球⁃國(guó)家尺度和區(qū)域⁃景觀尺度的關(guān)注焦點(diǎn)，并顯示了野火研究的時(shí)空多尺度特征。

　　此外，近十年來(lái)，對(duì)火燒斑塊(firepatch，firesize)、火燒烈度(fireintensity)和輻射能量(radiativepower)的研究也明顯增加。對(duì)野火的研究由過去側(cè)重于火燒面積單一因素，轉(zhuǎn)向運(yùn)用多重屬性來(lái)定量刻畫野火活動(dòng)的時(shí)空格局。

　　1.2林火研究的區(qū)域差異和國(guó)別分布

　　野火作為一種自然干擾廣泛存在于全球各種植被中，并成為部分植被類型(如稀樹干草原)得以維持的關(guān)鍵機(jī)制。在溫帶高緯森林和地中海氣候區(qū)、特別是北美、歐洲、澳大利亞以及南非，野火時(shí)空分布及火后植被恢復(fù)動(dòng)態(tài)的研究歷史已久，發(fā)展較為成熟。該區(qū)域在野火研究占絕對(duì)主導(dǎo)地位，而中國(guó)、巴西和東南亞地區(qū)近十年來(lái)的林火研究迅速發(fā)展起來(lái)。日本盡管是溫帶海洋性氣候，林火較少，但相關(guān)研究也較發(fā)達(dá)。

　　同時(shí)，在ISIwebofscience數(shù)據(jù)庫(kù)中，以篇名為“forestfire”，研究國(guó)別為“China”的檢索詞組合，搜索迄今(至2018年底)收錄的SCI期刊論文，包括“article”和“review”類別，共計(jì)163篇。這些結(jié)果反映了過去10年我國(guó)林火領(lǐng)域的研究成果在國(guó)際學(xué)術(shù)界的展示與發(fā)展。

　　中國(guó)林火災(zāi)害研究基本從2000年起開始在SCI期刊發(fā)表，2010年前每年發(fā)表在6篇以內(nèi)，但自2010年起進(jìn)入迅速增長(zhǎng)期，2018年已達(dá)到26篇，表明中國(guó)林火研究已經(jīng)逐漸進(jìn)入國(guó)際學(xué)術(shù)視野(圖2b)。在中國(guó)學(xué)者迄今發(fā)表的合計(jì)163篇林火研究的SCI論文中，來(lái)自中國(guó)第一作者的有130篇，其中78篇為中國(guó)作者的獨(dú)立研究，占總數(shù)的60%，剩下的40%屬于與國(guó)際學(xué)者的合作論文;此外，還有部分文章的第一作者分別來(lái)自美國(guó)、加拿大、澳大利亞、日本、芬蘭等9個(gè)國(guó)家，占全部論文的20.2%，其中美國(guó)合作者的比例占約40%。

　　1.3林火研究的主題分布

　　對(duì)WebofScience數(shù)據(jù)庫(kù)中搜集到的1146篇野火研究論文進(jìn)行學(xué)科分類統(tǒng)計(jì)，其中林業(yè)科學(xué)(24.6%)和生態(tài)⁃環(huán)境科學(xué)(24.5%)論文占總數(shù)的一半，此外有地質(zhì)(古環(huán)境)、大氣、自然地理、農(nóng)業(yè)、植物學(xué)、遙感和生物多樣性保護(hù)等領(lǐng)域的論文占到3—5%的份額，除此以外，還有近1/4的論文分布在其他52個(gè)小類中。

　　由此可見，一方面，森林火災(zāi)及其相關(guān)的生態(tài)和環(huán)境問題是國(guó)際野火研究的絕對(duì)核心主題;同時(shí)，野火及其效應(yīng)和應(yīng)對(duì)相關(guān)問題也是很多學(xué)科關(guān)注的對(duì)象，包括管理、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、法律和政策各領(lǐng)域，具有非常廣泛的影響。將野火研究的對(duì)象按照火燒過程發(fā)生前、中、后三個(gè)階段來(lái)劃分，三者在SCI論文中的比例分別占22.1%、12.5%、64.4%。

　　其中，近2/3的研究是針對(duì)火燒發(fā)生后的生態(tài)和環(huán)境影響(30.6%)、火后植被和生境的恢復(fù)(10.5%)和生物物種對(duì)火的適應(yīng)特征(7.7%)，以及大時(shí)空尺度林火分布格局及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制(9.3%+6.3%);對(duì)火前的研究集中在林火風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估與早期預(yù)警(10.5%)，尤其是針對(duì)天氣、氣候條件和可燃物的評(píng)估;林火預(yù)防及降低林火風(fēng)險(xiǎn)的森林管理技術(shù)研究占12.1%，如清除可燃物的計(jì)劃火燒技術(shù)等等。火中研究屬于過程研究，以林火本身的行為特征及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制為對(duì)象，主要包括林火發(fā)生早期的探測(cè)、蔓延面積及其烈度的評(píng)估和預(yù)測(cè)。具體內(nèi)容詳見2，3，4，5部分。

　　1.4林火技術(shù)發(fā)明專利數(shù)量和構(gòu)成的發(fā)展

　　以“forestfire”為主題詞，搜索中國(guó)知網(wǎng)CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中迄今收錄的國(guó)際林火技術(shù)發(fā)明專利，合計(jì)得到373份。根據(jù)內(nèi)容，將這些與林火相關(guān)的技術(shù)專利分為“滅火”、“防火”、“探測(cè)/監(jiān)測(cè)”、“預(yù)警/警報(bào)”、“評(píng)估”、“模擬”六大類，在默認(rèn)國(guó)際技術(shù)專利的收錄不完整的前提下，分析國(guó)際林火專利的年際變化和及其技術(shù)構(gòu)成。

　　首先，國(guó)際林火相關(guān)的發(fā)明專利始于1951年，但在1980年以前數(shù)量很少。20世紀(jì)末，國(guó)際林火專利開始顯著增加，但自2010年以來(lái)發(fā)展已經(jīng)平穩(wěn)，甚至開始下降。就專利類別而言，在20世紀(jì)基本集中于火災(zāi)發(fā)生的早期探測(cè)/監(jiān)測(cè)、滅火和防火，在全部國(guó)際林火相關(guān)專利數(shù)中分別占41.6%、28.2%和22%(合計(jì)91.8%)，火災(zāi)預(yù)警和評(píng)估在國(guó)際專利中分別占5.1%和1.6%。由此可見，與林火相關(guān)的國(guó)際技術(shù)發(fā)明明顯地偏重火前管理，包括早期林火探測(cè)/識(shí)別/定位和滅火技術(shù)，近十年來(lái)對(duì)防火技術(shù)專利的重視加強(qiáng)。

　　2野火探測(cè)技術(shù)和方法

　　2.1多尺度遙感平臺(tái)和信息技術(shù)在野火探測(cè)和監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

　　火災(zāi)的早期發(fā)現(xiàn)對(duì)減少最終損失極為重要。傳統(tǒng)上，遠(yuǎn)距離野火探測(cè)主要依賴于瞭望塔等地基設(shè)備和航空巡護(hù)，但往往效率低下，遺漏較多。目前，野火的早期探測(cè)和空間定位主要依賴衛(wèi)星遙感手段。其中，中等分辨率衛(wèi)星遙感產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，包括基于MODIS影像的火燒面積產(chǎn)品MCD45A1和MCD64A1[13]、歐洲空間局(EuropeanSpaceAgencyorESA)基于MERIS影像和MODIS火燒面積產(chǎn)品[14⁃15]，及全球0.5⁃度分辨率的各種野火排放氣體和顆粒物產(chǎn)品[16⁃17]。但此類遙感產(chǎn)品存在顯著低估小火斑面積而高估火點(diǎn)數(shù)量等問題[18⁃19]。

　　因此基于衛(wèi)星遙感技術(shù)研發(fā)更為精準(zhǔn)的火點(diǎn)和蔓延面積數(shù)據(jù)已成為趨勢(shì)，如ESA已經(jīng)在研發(fā)基于Landsat和Sentinel⁃2衛(wèi)星影像的10—30m精度野火產(chǎn)品。另一方面，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，未來(lái)區(qū)域⁃景觀尺度的無(wú)人機(jī)林火早期預(yù)警和火場(chǎng)態(tài)勢(shì)監(jiān)控將成為主流技術(shù)。可以預(yù)見，隨著空間觀測(cè)技術(shù)和計(jì)算能力的進(jìn)一步提高，野火探測(cè)、監(jiān)控和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入高分辨率和大數(shù)據(jù)時(shí)代。

　　2.2火災(zāi)探測(cè)和火險(xiǎn)評(píng)估從單一指標(biāo)向多指標(biāo)轉(zhuǎn)換

　　早期研究運(yùn)用的火燒信號(hào)比較單一，如著火區(qū)地面熱紅外輻射信號(hào)[20]、火輻射能量[21]、植被受損信息等[22⁃23]。近年來(lái)，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)獲得了更為豐富的綜合性野火數(shù)據(jù)，推動(dòng)著野火多指標(biāo)探測(cè)和時(shí)空格局及生態(tài)效應(yīng)的綜合評(píng)價(jià)。

　　Archibald等[24]基于火燒面積、火的間隔期、輻射能量、火斑大小、擴(kuò)散速度、及野火季節(jié)性六個(gè)因素來(lái)綜合量化野火體系(fireregime)，首次將全球分成五個(gè)火群區(qū)類型(pyromes)，是利用野火多指標(biāo)進(jìn)行宏觀格局分析的重要成果。Andela等[25]最近發(fā)布了一套基于MODIS的多指標(biāo)野火斑塊數(shù)據(jù)集。可以預(yù)見，這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用將從多個(gè)側(cè)面深化對(duì)火過程的認(rèn)識(shí)。

　　2.3林火行為和林火模型

　　林火行為研究為林火撲救和森林管理提供理論依據(jù)，而根據(jù)林火實(shí)驗(yàn)和野火記錄，建立林火蔓延模型進(jìn)行林火行為量化和可視化，具有重要的實(shí)踐指導(dǎo)意義。林火行為包括林火蔓延速度、火強(qiáng)度和火焰高度，其影響因子包括天氣、地形和可燃物[26]。Albini[27]發(fā)現(xiàn)風(fēng)速與林火蔓延速度為非線性關(guān)系，不同可燃物類型影響火頭停留時(shí)間。

　　林火蔓延模型不確定性來(lái)源于火場(chǎng)的風(fēng)速變化和風(fēng)向變化，因?yàn)槟Ｐ徒�立在無(wú)風(fēng)或者固定風(fēng)速基礎(chǔ)上，導(dǎo)致林火蔓延速度被低估[28⁃29]。不同林火行為會(huì)影響樹木燒焦高度、死亡率以及種子雨傳播距離，從而影響火后群落結(jié)構(gòu)和物種組成[30]。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和遙感技術(shù)發(fā)展，林火蔓延模型進(jìn)入二維甚至多維的空間模擬階段，常用的空間模擬模型包括美國(guó)Farsite模型[31]，加拿大Prometheus模型[32]和澳大利亞Phoenix模型[33]等，模型中還可以加入飛火、樹冠火等火行為模型以提高模型準(zhǔn)確度。另外，為了物種保護(hù)和減少林火帶來(lái)的損失，氣候變化和砍伐等對(duì)林火行為的影響[34]或者將干擾加入景觀模型如LANDIS模型[35]，為森林可燃物管理和林火預(yù)防提供參考。未來(lái)高分辨率遙感數(shù)據(jù)的使用、多種可燃物模型的建立，以及景觀尺度的林火行為動(dòng)態(tài)研究，將可以顯著提高模型預(yù)測(cè)能力和結(jié)果的可靠性。

　　2.4林火風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警模型

　　森林火險(xiǎn)評(píng)價(jià)和預(yù)警系統(tǒng)以火災(zāi)發(fā)生機(jī)制、森林可燃物載量、分布及可燃性、森林火后更新特征等多方面的研究成果為基礎(chǔ)，對(duì)森林火災(zāi)的預(yù)警預(yù)報(bào)和火后森林管理具有必不可少的技術(shù)支撐作用。美國(guó)和加拿大的森林火險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用最為領(lǐng)先，均于1972年開發(fā)出國(guó)家森林火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)。

　　1)加拿大森林天氣火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)加拿大森林火險(xiǎn)天氣指數(shù)系統(tǒng)(FWI)是加拿大森林火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)的重要組成部分，該指標(biāo)體系以時(shí)滯⁃平衡含水率理論為基礎(chǔ)，通過天氣條件計(jì)算可燃物含水率變化，再結(jié)合可燃物載量和分布確定潛在火險(xiǎn)等級(jí)[36]。FWI系統(tǒng)根據(jù)加拿大短葉松成熟林研制，經(jīng)實(shí)驗(yàn)修訂后應(yīng)用到其他樹種。

　　FWI系統(tǒng)的輸入因子包括氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和降水量。預(yù)報(bào)結(jié)果包括6個(gè)指標(biāo)，分別描述細(xì)小可燃物和腐殖質(zhì)濕度、林火蔓延速度、可燃物載量以及火頭強(qiáng)度。該系統(tǒng)將森林火險(xiǎn)與可燃物含水率密切結(jié)合的思路得到普遍認(rèn)同，許多國(guó)家將其引進(jìn)和本地化后形成了相似的火險(xiǎn)天氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)在北方森林區(qū)得到了成功應(yīng)用。

　　例如，F(xiàn)lannigan等[37]運(yùn)用FWI對(duì)加拿大森林火險(xiǎn)的長(zhǎng)期趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示到2100年，森林火險(xiǎn)在大部分地區(qū)呈增加趨勢(shì)，但東部地區(qū)下降。Stocks等[19]運(yùn)用4個(gè)GCM模型研究了俄羅斯和加拿大北方林中氣候變化對(duì)林火體系的影響，并預(yù)測(cè)了2倍CO2濃度下的森林火險(xiǎn)分布，結(jié)果顯示出現(xiàn)極端火險(xiǎn)的區(qū)域?qū)⒋蟠笤黾印?/p>

　　2)美國(guó)國(guó)家火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)美國(guó)國(guó)家火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)(NationalfiredangerratingsystemorNFDRS)是基于燃燒原理和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)發(fā)展的物理模型。模型采用的常數(shù)和參數(shù)反映了各種可燃物、天氣、地形和危險(xiǎn)條件之間的關(guān)系。用于計(jì)算火險(xiǎn)等級(jí)指數(shù)的數(shù)據(jù)包括每日觀測(cè)的天氣指標(biāo)，和用戶設(shè)置的可燃物和植被環(huán)境參數(shù)，如植被狀態(tài)、季節(jié)和綠度因子等，以利用模型結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件來(lái)預(yù)測(cè)火險(xiǎn)狀況。

　　NFDRS在美國(guó)的應(yīng)用基于AVHRR的每周影像計(jì)算植被NDVI數(shù)據(jù)，以此估計(jì)活植被狀態(tài)，采用天氣信息管理系統(tǒng)(WeatherinformationmanagementsystemorWIMS)、FireWeatherPlusandWeatherPro和FireFamilyPlus三大系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生NFDRS的輸出結(jié)果。野火管理人員通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)獲得NFDRS信息。

　　互聯(lián)網(wǎng)展示全美國(guó)的每日火險(xiǎn)圖，包括火險(xiǎn)等級(jí)、死可燃物和活可燃物濕度、干旱指數(shù)、Haines指數(shù)和Burgan潛在火指數(shù)，為林火管理部門提供參考。美國(guó)氣象局、林務(wù)局從上世紀(jì)70年代起，就開始應(yīng)用短期氣候預(yù)報(bào)進(jìn)行中長(zhǎng)期森林火險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，其方法即是運(yùn)用短期天氣預(yù)報(bào)結(jié)果的20年歷史序列確定林火氣象敏感區(qū)，再結(jié)合森林火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)(NFDRS)給出森林火險(xiǎn)的中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。

　　在周時(shí)間尺度上，所有的NFDRS指數(shù)都得到良好的預(yù)測(cè)。迄今，國(guó)外已有的長(zhǎng)期火險(xiǎn)預(yù)測(cè)主要基于氣候因素，較少考慮植被變化。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)、全球大氣環(huán)流模型和動(dòng)態(tài)植被模型為基礎(chǔ)的火險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型的發(fā)展與整合，構(gòu)建更為復(fù)雜的林火動(dòng)態(tài)機(jī)理模型，在不同尺度揭示林火與氣候變化的耦合動(dòng)態(tài)將是未來(lái)方向。

　　3野火時(shí)空格局研究

　　3.1對(duì)野火過程與火燒格局相互作用的研究日漸深入

　　隨著野火的多指標(biāo)量化和多尺度模擬技術(shù)進(jìn)步，對(duì)野火體系與其驅(qū)動(dòng)因素和生態(tài)⁃環(huán)境效應(yīng)之間的研究日漸深入。如Kasischke等[38]發(fā)現(xiàn)阿拉斯加地區(qū)野火產(chǎn)生的碳排放密度與火斑塊大小顯著相關(guān)，大火年份單位面積碳排放為較低火年份的近2倍。Hantson等[39]發(fā)現(xiàn)火斑塊大小符合冪函數(shù)分布，且冪指數(shù)受人為活動(dòng)和氣候的顯著影響。

　　Rogers等[40]比較了歐亞大陸和北美北方森林的野火，發(fā)現(xiàn)兩區(qū)域火強(qiáng)度、森林受破壞程度和不同樹種對(duì)火的適應(yīng)能力方面具有系統(tǒng)性差異。在野火模擬方面，多數(shù)植被模型基于火擴(kuò)散過程模擬火斑塊大小和火燒面積。Yue等[41]首次比較了模型模擬與衛(wèi)星觀測(cè)的野火斑塊大小和數(shù)量，發(fā)現(xiàn)模型低估了極端大火(extremefire或catastrophicfire)的數(shù)量。

　　3.2極端大火發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)與生態(tài)⁃環(huán)境效應(yīng)成為關(guān)注焦點(diǎn)

　　極端大火對(duì)生態(tài)系統(tǒng)具有較大破壞性，且隨著氣候變暖和干旱化可能變得更加頻繁[42]。因此，極端大火的發(fā)生機(jī)制、生態(tài)影響、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，以及旨在降低大火風(fēng)險(xiǎn)的適應(yīng)性森林管理已成為科學(xué)界和公眾的關(guān)注熱點(diǎn)。Bowman等[43]研究了輻射能量前0.0025%的極端大火事件，發(fā)現(xiàn)其與一般野火在危險(xiǎn)指數(shù)頻率分布上沒有差異，但前者涉及的人口密度顯著較高。

　　Sedano和Randerson[44]發(fā)現(xiàn)阿拉斯加地區(qū)大火的發(fā)生與大氣飽和水汽壓虧缺顯著相關(guān)。在全球變暖情景下，未來(lái)大氣水分虧缺會(huì)持續(xù)加劇，極端大火風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)進(jìn)一步增大。目前，關(guān)于極端大火的研究剛剛起步，預(yù)計(jì)未來(lái)得益于先進(jìn)遙感技術(shù)和人工智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)支持，方將能夠在極端大火的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和環(huán)境⁃生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面取得突破。

　　4全球變化對(duì)野火的影響

　　4.1氣候變化對(duì)野火的影響

　　根據(jù)ISIWebofScience數(shù)據(jù)庫(kù)，關(guān)于氣候變化和野火的研究自2000年以來(lái)呈指數(shù)增加趨勢(shì)，其中森林火災(zāi)研究約占八成，而關(guān)于極端火災(zāi)的研究約占20%。氣候變化對(duì)火災(zāi)發(fā)生的顯著影響主要包括大氣CO2濃度增加和氣溫升高。首先，升溫和CO2濃度增加導(dǎo)致生長(zhǎng)季延長(zhǎng)，提高森林和草原的生物量從而增加地表可燃物載量。

　　其次，全球變暖增加了溫帶大氣層中的閃電數(shù)量[45]。美國(guó)大陸地區(qū)的閃電數(shù)量將增加50%，顯著提高野火風(fēng)險(xiǎn)[45⁃46]，研究預(yù)估美國(guó)加州2020—2049年將增加雷擊火19.1%[47]。Stocks[48]發(fā)現(xiàn)加拿大北方針葉林野火中，閃電導(dǎo)致的單次火面積遠(yuǎn)大于人工火源。此外，閃電能解釋阿拉斯加和加拿大北部近年來(lái)森林大火年際波動(dòng)55%以上，可能會(huì)增加碳損失和促進(jìn)北方森林向北擴(kuò)張[46]。

　　第三，氣溫升高會(huì)提高大氣蒸發(fā)，從而加劇干旱和和提高野火風(fēng)險(xiǎn)，特別是在可燃物充足的森林地區(qū)。實(shí)際上，受氣溫升高影響，近50年來(lái)北美高緯森林野火面積呈上升趨勢(shì)[48]，野火面積受到氣溫變化的顯著驅(qū)動(dòng)[49]。此外，野火頻率的季節(jié)分布也在變化。近期北美地區(qū)火季晚期的野火頻率顯著上升，火強(qiáng)度更大導(dǎo)致了更多的CO2排放[50⁃51]。氣候變化在全球尺度上已經(jīng)顯著增加了野火風(fēng)險(xiǎn)，在受干旱影響的區(qū)域尤為顯著[52⁃54]。

　　另一方面，海溫指數(shù)(seasurfacetemperature)與林火發(fā)生也存在遙相關(guān)關(guān)系，其中ENSO(ElNiñoSouthern⁃Oscillation)是最重要的海溫指數(shù)，可預(yù)測(cè)全球1/3的過火面積[55]。ENSO對(duì)降水進(jìn)行重分配導(dǎo)致極端干旱[56]，對(duì)林火的作用大小和時(shí)間取決于對(duì)林火天氣和可燃物特征的影響[57]。

　　在亞洲溫帶、東非和亞洲赤道地區(qū)形成林火風(fēng)險(xiǎn)天氣，在澳大利亞西北部、印度和南美洲等地則與生長(zhǎng)季降水、可燃物負(fù)相關(guān)，限制林火蔓延速度[55]。ENSO引發(fā)林火發(fā)生的同時(shí)，也會(huì)增加CO2排放1.0ppm/yr[58]，熱帶地區(qū)厄爾尼諾期間比拉尼娜要增加133%的氣體排放[57]。1997—1998年ENSO引發(fā)的干旱影響全球大部分熱帶雨林[56]，碳排放量達(dá)3.0Pg，為近二十年最高[4]。

　　4.2人類活動(dòng)及其變化對(duì)林火的影響

　　人類活動(dòng)通過影響地表植被及可燃物狀態(tài)、主動(dòng)產(chǎn)生火源和撲滅災(zāi)害性火災(zāi)顯著影響了野火的發(fā)生。Archibald等[58]的研究表明，在非洲大陸不同歷史時(shí)期，人類活動(dòng)通過影響野火的不同方面改變了火的大小和季節(jié)性。約100萬(wàn)年前，人類活動(dòng)對(duì)火的頻率的影響最為重要，約10萬(wàn)年前對(duì)火的季節(jié)影響最為重要，而到了約1萬(wàn)年前則是通過改變可燃物的連通性顯著減少了野火面積。人類活動(dòng)不僅影響野火的空間分布，也影響火的體系和分布。

　　如Stocks等[48]對(duì)加拿大地區(qū)1959—1997年間的野火分析表明，人為活動(dòng)導(dǎo)致的火主要分布在南部離居民點(diǎn)較近的地區(qū)，而閃電導(dǎo)致的火則主要分布在中北部地區(qū);且由于人為導(dǎo)致的火更易被發(fā)現(xiàn)和及其撲救，其火斑面積平均只有閃電導(dǎo)致的火斑面積的二分之一。

　　Achard等[59]對(duì)俄羅斯森林地區(qū)2002—2005年的火點(diǎn)分析表明，人為活動(dòng)影響林區(qū)的火點(diǎn)密度是原始林區(qū)的6—7倍，表明人為活動(dòng)在俄羅斯森林火災(zāi)中占主導(dǎo)地位。在熱帶地區(qū)，特別是亞馬遜雨林和東南亞，農(nóng)田、牧場(chǎng)和種植園的開墾導(dǎo)致了毀林和泥炭地的退化，而火常常被用作清除地表植被的手段[60]，這些人為活動(dòng)導(dǎo)致的火災(zāi)在氣候較為干旱的厄爾尼諾年份更加突出[61]。

　　5野火的環(huán)境、生態(tài)和進(jìn)化效應(yīng)

　　5.1野火的環(huán)境效應(yīng)

　　野火導(dǎo)致大量溫室氣體排放，同時(shí)釋放顆粒物形成氣溶膠，后者散射太陽(yáng)輻射、延長(zhǎng)云壽命并提高云反照率，從而產(chǎn)生降溫作用;此外，野火又通過破壞地表植被來(lái)影響下墊面反照率、潛熱和感熱通量等，對(duì)大氣產(chǎn)生進(jìn)一步反饋;最后，野火產(chǎn)生的大氣排放和氣候影響也會(huì)對(duì)植被生長(zhǎng)產(chǎn)生反饋，從而在各種因素間形成反饋回路。由于火在地球系統(tǒng)中復(fù)雜而重要的作用，全球氣候觀測(cè)系統(tǒng)(GCOS)將野火干擾列為關(guān)鍵氣候變量ECV之一。

　　歐洲空間局在其歐洲氣候變化重大項(xiàng)目“ClimateChangeInitiative”中，將野火作為衛(wèi)星觀測(cè)的優(yōu)先變量(www.esa⁃fire⁃cci.org)。因此，參與IPCC第五次評(píng)估報(bào)告的絕大多數(shù)地球系統(tǒng)模式都包括了對(duì)野火過程以及生態(tài)影響的模擬[68]。野火對(duì)陸地植被碳循環(huán)的影響是評(píng)價(jià)野火生態(tài)作用的一個(gè)重要方面。

　　定量評(píng)估野火產(chǎn)生的碳排放，主要方法是利用可燃物量、燃燒比例和火燒面積進(jìn)行計(jì)算。過去幾十年，通過野火燃燒的實(shí)地測(cè)量、衛(wèi)星遙感和模型模擬，已經(jīng)積累了大量可燃物量、燃燒比例和燃燒量的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)[69]。

　　在全球野火溫室氣體排放方面，阿姆斯特丹自由大學(xué)建立的全球火排放數(shù)據(jù)庫(kù)GFED得到最廣泛應(yīng)用。最新發(fā)布的GFED4s涵蓋了1997年以來(lái)的逐月排放數(shù)據(jù)[4]。在此基礎(chǔ)上，vanMarle等[70]結(jié)合全球沉積層中的黑炭信息和多個(gè)植被模型的火排放歷史模擬結(jié)果，重建了1750—2015的全球火排放數(shù)據(jù)，以供IPCC第六次評(píng)估報(bào)告使用。

　　6結(jié)論

　　自本世紀(jì)初以來(lái)，野火研究的國(guó)際進(jìn)展主要體現(xiàn)在火的遙感觀測(cè)技術(shù)及其時(shí)空格局刻畫、野火風(fēng)險(xiǎn)模擬和預(yù)警、全球變化與野火關(guān)系以及野火的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等方面。總結(jié)起來(lái)，得益于空間觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，野火觀測(cè)的時(shí)空分辨率不斷提高，觀測(cè)內(nèi)容由火燒面積、熱點(diǎn)數(shù)量或輻射強(qiáng)度等少數(shù)指標(biāo)向基于火燒斑塊識(shí)別的多指標(biāo)數(shù)據(jù)集演變;野火時(shí)空格局的刻畫也因此大大豐富，實(shí)現(xiàn)了多尺度多指標(biāo)的火燒體系定量描述。全球變化對(duì)野火時(shí)空格局的影響主要體現(xiàn)在氣候變暖和部分區(qū)域干旱化，及人為活動(dòng)對(duì)野火發(fā)生頻率的助長(zhǎng)和對(duì)過火面積的控制。氣候變化影響著火點(diǎn)分布、可燃物狀態(tài)及蔓延條件三方面。未來(lái)野火風(fēng)險(xiǎn)總體上將隨著全球變暖而進(jìn)一步加大，而極端大火的發(fā)生機(jī)制和生態(tài)影響越來(lái)越受到關(guān)注。

　　人類活動(dòng)一方面增加了火燒頻率，另一方面又通過提高生態(tài)系統(tǒng)管理的強(qiáng)度、撲救火災(zāi)以及降低可燃物的連通性抑制了野火的發(fā)生。野火顯著降低了陸地植被的碳匯能力，又通過大氣氣溶膠作用產(chǎn)生降溫效應(yīng)。植被在長(zhǎng)期演化過程中對(duì)火的脅迫形成了一系列適應(yīng)性狀。這些性狀影響著生態(tài)系統(tǒng)對(duì)野火的響應(yīng)，并對(duì)火后生態(tài)恢復(fù)和重建具有科學(xué)指導(dǎo)價(jià)值。未來(lái)野火研究將在探測(cè)、識(shí)別技術(shù)的推動(dòng)下，向跨時(shí)空尺度的觀測(cè)和模擬深度融合、典型機(jī)制和大尺度效應(yīng)相結(jié)合的方向發(fā)展，對(duì)野火風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估和早期預(yù)警、火前預(yù)防和火后植被恢復(fù)的現(xiàn)實(shí)需求始終是野火研究的主要驅(qū)動(dòng)力。

　　森林方向論文范文閱讀：有關(guān)森林生態(tài)效益補(bǔ)償若干問題

　　從森林生態(tài)效益補(bǔ)償相關(guān)內(nèi)涵著手，對(duì)當(dāng)前森林生態(tài)效益補(bǔ)償機(jī)制中普遍存在的問題進(jìn)行分析，并針對(duì)性提出相關(guān)應(yīng)對(duì)策略。希望可以為相關(guān)單位提供參考借鑒。