《International Journal of Disaster Risk Reduction》：A survival guide for assessing global fire risks to natural and human systems
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这篇综述针对全球火灾风险评估的系统性视角缺失问题，提供了关键路径指引。文章梳理了火灾的系统性影响途径、可用的遥感衍生火灾产品与建模工作，重点关注了火灾类型、驱动因素、全球观测数据集及其局限性。作者强调了术语和数据选择上的研究空白与建议，并讨论了观测到的火灾影响趋势、潜在变化及当前挑战，为灾害风险减少领域的科学家与实践者提供了改善火灾数据可及性与可用性的实用框架。
在近年来创纪录的野火事件警示下，全球对火灾灾害的频率、强度及其后果的担忧日益加剧。与热带气旋和洪水不同，野火在历史上常被视为次要灾害，这导致了对全球火灾风险缺乏系统性理解——而这种理解在灾害风险减少中越来越不可或缺。这一缺口因火灾发生复杂且相互关联的气候与人为驱动因素，以及多样且往往难以解释的卫星衍生火灾数据集而加剧，使得数据使用复杂化并可能导致不当的数据选择。
火灾类型及其影响
火灾是许多生态系统中自然的干扰过程，对维持景观是必要的，但同时也对自然和人类系统造成重大影响。文章区分了城市火灾、野火以及作为景观管理工具使用的火灾。我们纳入了对局部和分散火灾效应、其典型影响以及通过适当管理提高复原力潜在途径的讨论。
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城市火灾：当野火蔓延至人类住区时，会对人类系统造成最直接的冲击，导致死亡、人口流离失所和基础设施毁坏。这类火灾特别影响“荒地-城市交界区”（WUI）——即人类发展侵蚀自然景观的区域。在美国，大部分毁于火灾的房屋都位于WUI内或其附近一公里范围内。除了直接破坏，城市火灾还造成巨大的（预先）灭火和救灾成本，并释放剧毒烟雾。管理WUI的野火需要燃料管理，例如定期进行（计划）火烧、景观植被管理，并着重于防止房屋被点燃。通常建议创造一个安全的“房屋点燃区”——即房屋及其周围100英尺内的区域。
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野火：在管理实践之外引发或逃脱此类受控环境的火灾被归类为野火。野火具有重要的生态功能，且生态系统已适应了主流的火情体系。然而，这些体系的改变可能导致破坏性火灾，其蔓延到原先未受影响的地区对生物多样性有重要影响。生态系统影响也可能波及人类所依赖的服务。当地，易受火灾影响的植被提供木材并调节水和气候。可能受到严重影响的部门包括木材生产和旅游业。此外，火灾后植被的移除和土壤侵蚀的增加增加了后续发生山体滑坡和洪水的风险。野火还可能影响火场边界以外的地方，此处称为“分散效应”，包括空气和水污染，以及温室气体排放。
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管理用火：文化用火、计划火烧和农业焚烧：一万多年来，人们一直用火来管理土地。计划火烧是故意点燃的，服务于多种管理目的，其中包括减少累积的燃料从而帮助防止极端野火。农业上也用火来清理土地和处理作物残余。农业火灾的主要影响是空气污染、土壤退化和森林损失。在世界上农业焚烧是常见做法的地区，量化健康影响可能会鼓励采用作物残余的替代用途。
描述火灾驱动因素和指标
火灾的控制在空间和时间尺度上遵循相似的模式，通常由“火灾三角”描述，其包含火灾天气/气候、火源和燃料/植被等组分。描述景观尺度火灾多维属性的努力已经划分了全球火情体系，也称为“火区系”。这些体系共享诸如火灾规模、区域燃烧面积、频率、季节和强度等属性。火区系的分析有助于我们理解不同的驱动因素，这些驱动因素因气候变化和土地利用变化而改变。
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火灾天气：天气是野火活动的重要驱动因素，因为它影响燃料湿度和火势蔓延。天气和气候的变化，如温度、降水、湿度和风，可以调节植被生长和燃料干燥度，从而影响景观的可燃性。风是火灾行为的关键驱动因素，影响蔓延、强度以及点燃的可能性。气象变量通常被组合为火灾天气指数，用于野火管理中以评估高野火活动的可能性。最常见的火灾天气指数系统是加拿大火灾天气指数FWI。
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火源、蔓延与扑救：火的点燃、蔓延和熄灭既有自然控制也有人为控制。闪电是自然火源的主要来源，气候变化下闪电模式的潜在变化可能影响野火的概率。此外，人类既是火源也是灭火者。火源影响火灾的强度和烈度。火灾的蔓延通常由风、燃料可用性和类型以及地形驱动。
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燃料：燃料的数量、类型、湿度和连续性直接影响野火的行为。精细燃料如草和叶子容易干燥，可以在干旱和半干旱生态系统中快速携带和传播火灾。由于空间连续的燃料维持火势蔓延，增加景观破碎化可以减少燃烧。相反，许多地区专注于灭火的土地管理实践导致了燃料积累，助长了更强烈和严重的火灾。野火不同于其他水文气象灾害，因为它们表现出明显的事件间空间和时间依赖性：火灾的频率取决于消耗的燃料，并且预计与强度呈负相关。例如，草地通常比森林燃烧更频繁且强度更低。
全球观测火灾数据
虽然一些国家保持着详细的火灾记录，但最一致的全球火灾时间序列来自卫星观测。然而，遥感产品之间的差异可能难以解释，使得灾害风险减少科学家在选择合适的数据集时面临挑战。卫星衍生的火灾产品通常分为两类：1）活跃火点探测，利用热测量来识别燃烧火锋和阴燃区发出的辐射能量；2）过火面积估算，根据植被炭化或损失、灰烬沉积和裸露土壤导致的地表反射率和光谱特征变化来绘制火灾后效应图。活跃火点仅探测卫星过境时正在燃烧的（未被遮挡的）东西，而过火面积可以在更长时间内被探测到。
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通过遥感进行全球火灾探测：技术与产品特征：地球静止卫星固定在地球特定区域上空，提供高时间分辨率和频繁的重访。相比之下，极轨卫星环绕地球运行，提供全球覆盖。NASA的“资源管理火灾信息系统”（FIRMS）和“全球火灾排放数据库”（GFED）等项目促进了数据的定期更新。FIRMS提供来自“中分辨率成像光谱仪”（MODIS）及其后继者“可见光红外成像辐射仪套件”（VIIRS）的数据。MODIS和VIIRS使用相同活跃火点探测算法的传承版本，所得数据通过FIRMS以24小时、48小时和7天的时间分辨率分发。然而，从MODIS过渡到VIIRS需要数据集的协调，部分原因是它们的空间分辨率不同。VIIRS（375米）比MODIS（1公里）更高的空间分辨率能够显著改善火灾边界的划定。活跃火点探测的主要优势是对小火具有更高的灵敏度，并能精确捕捉燃烧时间。其较高的灵敏度使其特别适用于改进此类小火对过火面积和排放贡献的估算。此外，它们用于细化过火面积产品的火灾时间。活跃火点产品的局限性源于其对活跃热点的瞬时描述，如果处理不当可能导致偏差。此外，由于这些是点探测，最终无法得知像素中有多少面积被烧毁。因此，活跃火点代表了火灾活动的相对度量。与活跃火点探测相比，过火面积产品需要像素的很大一部分被烧毁才能记录探测。然而，由于过火面积测绘可以在火灾发生数天至数月后进行，这些产品能更全面地覆盖快速移动的事件。过火面积是根据健康植被和炭化植被之间的反射率变化推导出来的，通常使用一组对燃烧敏感的植被指数。活跃火点探测也经常被纳入，例如用于估算每个像素的燃烧日期。随着算法的改进，全球尺度的年过火面积估算值有所增加。最新的MODIS过火面积产品（MCD64A1）全球年过火面积增加了26%，主要是由于对小火的探测改进以及测绘区域范围的大幅增加。在北方北美地区，排除小湖导致过火面积净减少6%。Fire_cci项目使用MODIS地表反射率和活跃火点位置推导出分辨率约为250米的高分辨率过火面积产品。第二个版本的VIIRS过火面积产品建立在早期临时发布版本的基础上。区分火灾类型对于一些应用可能很重要。捕捉农业火灾的努力已产生了一个名为GloCAB的全球月度农田过火面积数据库。GloCAB结合了MODIS活跃火点位置和田间水平的过火面积转换因子。GloCAB以及GFED在空间上更粗糙的聚合尺度上提供分数过火面积估算。最新（第五个）版本的GFED（GFED5）结合了MODIS过火面积和GloCAB，并利用MODIS活跃火点在MODIS过火面积内外的统计缩放。与单独的MODIS过火面积估算相比，GFED5全球过火面积估算增加了近一倍。这主要是由于先前低估的农田焚烧和计划火烧。
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衍生数据集：基于事件的火灾数据、燃烧烈度和排放：基于事件的火灾产品依赖于跟踪和聚类算法。原则上，它们可以从活跃火点探测、过火面积数据集或两者结合推导出来。目前，基于过火面积的方法在全球尺度上最具可操作性，而其他方法仍在开发中。基于事件的火灾产品可以包含关于火源、火灾规模、持续时间和蔓延的信息。例如包括“全球火灾图谱”和“全球火灾数据集GlobFire”，两者都基于MODIS过火面积产品。“火灾斑块功能性状全球数据库FRY”结合了MODIS过火面积和“中分辨率成像光谱仪”（MERIS）的过火面积估算。GlobFire构成了全球野火信息系统（GWIS）的一部分，该系统还提供每日更新的过火面积边界。燃烧烈度测绘尚未在全球范围内投入业务运行；然而，MOSEV和“全球森林燃烧烈度”（GFBS）产品等研究数据集展示了近期向全球覆盖的进展。全球火灾排放和空气污染的估算遵循两种方法。GFED基于生物地球化学模型提供排放估算，包括在更粗分辨率上使用更复杂模型和在更高空间分辨率上使用简化方法。GFED燃烧率也被用于推导将FRP与排放联系起来的转换因子。这些由“全球火灾同化系统”（GFAS）提供，并在ECMWF数据存储上每日更新。然而，区域排放估算可能明显更高。此外，GFED和GFAS之外，还有其他几个全球火灾排放清单可用。将排放估算与喷射高度和烟羽模型相结合，可以量化烟雾扩散以及原火灾附近和远处受影响的人口。或者，可以使用MODIS“气溶胶光学厚度”（AOD）或TROPOMI等产品直接测量大气成分。
观测到的火灾影响趋势及全球火情体系、相关极端事件和暴露度的潜在变化
近几十年来，自然和人类系统的影响记录均有增加，尤其是在北半球。投保的火灾损失急剧上升：1980年至2020年间所有索赔的70%发生在2016-2020年期间，尽管灭火支出增加。影响上升通常归因于气候变化、燃料积累和WUI扩张的结合。然而，区域上，这些风险因素的趋势差异很大。全球范围内，过去二十年总过火面积有所减少，这主要是由于农业扩张以及由此导致的稀树草原破碎化，特别是在非洲。与此同时，日益极端的火灾天气导致森林过火面积增加。如今，全球16%的过火面积可归因于气候变化，并且在进一步排放的情况下，预计火灾天气将显著加剧。火灾严重性也因灭火导致的燃料积累、由于侵占、入侵物种出现或生态系统转变引起的植被变化而加剧。除了过火面积之外，火灾极端事件的描述通常是模糊的，因为它可以用强度、燃烧烈度、蔓延、同步性、规模和影响来描述。“特大火灾”一词多指火灾的规模。全球范围内，FRP总和的极端值有所增加，尽管这应被解释为强度的增加还是火灾规模和同时性的增加存在争议。在美国，2001-2020年间火灾的蔓延速度翻了一番，使得活跃火灾的管理复杂化。随着火情体系的转变，世界上几个地区的人类火灾暴露度也有所增加，这是由于人口密度的增加，特别是在非洲，以及WUI的扩张，尤其是在美国。自20世纪90年代以来，建在易发生火灾景观中的房屋数量有所增加，极大地导致了社会经济火灾影响。这一发展使得城市火灾在美国被称为“国家危机”。
记录的与建模的火灾影响
我们总结了量化危害、暴露度和脆弱性等影响组成部分的研究工作。易受野火影响的暴露物包括人、实物资产和生态系统（如森林）。全球可用的暴露数据集包括网格化世界人口数据集（GPW），这是一个栅格化的人口普查数据产品。类似地，LitPop根据人口密度和夜间灯光强度对国家尺度的宏观经济指标进行空间分解。最后，基于卫星的年度土地覆盖数据集可用于研究对森林等的影响。脆弱性的定量知识在全球尺度上有限。这些通常要么基于经验知识，要么通过将危害强度与历史影响记录联系起来推导得出。虽然我们主要关注将遥感衍生的火灾强度与影响联系起来的大尺度研究，但也包括一些针对美国和澳大利亚的影响分析，因为这些分析可以利用更准确的影响记录。精密的火灾模
