摘要：[ 目的 ] 評(píng)估氣候變化對(duì)中亞地區(qū)未來(lái)森林草原火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)影響。[ 方法 ] 基于森林草原火發(fā)生的可能 性、脆弱性和暴露性構(gòu)建森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型與指標(biāo)體系。基于日降水、露點(diǎn)溫度和中午(12: 00)溫 度，利用修正 Nesterov 指數(shù)(MNI)計(jì)算火險(xiǎn)天氣指數(shù)，并預(yù)測(cè)區(qū)域在未來(lái)氣候情景下(HadGEM2-ES 模式， RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0 和 RCP8.5 四種氣候情景)的火險(xiǎn)指數(shù)。脆弱性基于 2001—2015 年區(qū)域歷史燃燒概 率和植被類型計(jì)算。暴露性基于未來(lái)不同情景下(SSP1、SSP2 和 SSP3)的人口和 GDP 密度計(jì)算。利用層次 分析法計(jì)算綜合火險(xiǎn)指數(shù)，評(píng)估中亞地區(qū)中長(zhǎng)期面臨的森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。[ 結(jié)果 ] 與基準(zhǔn)時(shí)段(1971— 2000)相比，2021—2050 年研究區(qū)的森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)增加，47.2% 的區(qū)域森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)為高和很高，比 基準(zhǔn)時(shí)段增加 16.9%，其中 RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0 和 RCP8.5 情景下分別增加 12.4%、18.6%、13.6% 和 20.4%。2071—2099 年森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高和很高的區(qū)域占 53.1%，比基準(zhǔn)時(shí)段增加 22.9%。其中，RCP2.6、 RCP4.5、RCP6.0 和 RCP8.5 情景下森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)高和很高的區(qū)域分別增加 11.1%、22.4%、24.6% 和 32.9%。[ 結(jié)論 ]2071—2099 年，RCP2.6 情景下高和很高等級(jí)火險(xiǎn)的區(qū)域少于 2021—2050 時(shí)段，而 RCP4.5、 RCP6.0 和 RCP8.5 情景下高和很高等級(jí)火險(xiǎn)的區(qū)域大于 2021—2050 時(shí)段。未來(lái)該地區(qū)高和很高等級(jí)火險(xiǎn)區(qū)比 例將比基準(zhǔn)時(shí)段明顯增加。未來(lái)火管理的重點(diǎn)區(qū)域應(yīng)該包括西部草地、東部山地森林和南部灌木。

　　關(guān)鍵詞：氣候變化;森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn);可能性;脆弱性;暴露性

　　火險(xiǎn)評(píng)估是通過(guò)分析可能影響火發(fā)生及蔓延的 環(huán)境因素，以產(chǎn)生一個(gè)定性或定量的指標(biāo)，并按照 一定的規(guī)則劃分不同等級(jí)，進(jìn)而描述區(qū)域的火險(xiǎn)變 化[1]。為了提高評(píng)估結(jié)果的科學(xué)性和實(shí)用性，火險(xiǎn) 評(píng)估已不僅僅聚焦在分析火的潛在發(fā)生可能和延變 化，火發(fā)生后對(duì)于周?chē)�人或環(huán)境的潛在影響也納入 了評(píng)估的范疇[2-3]。雖然許多地區(qū)開(kāi)展火險(xiǎn)評(píng)估工 作所采用的指標(biāo)有所差異，但可以將評(píng)估指標(biāo)總的 概括為可能性、暴露性和脆弱性[4-5]。

　　其中可能性 受可燃物、地形、天氣條件和火源等因素影響;暴露性是指火發(fā)生后可能影響的一切對(duì)象;脆弱性是 指火對(duì)作用對(duì)象的破壞程度[6]。Coban 等[7] 基于火 發(fā)生可能性、暴露性和脆弱性，利用層次分析法 (AHP)評(píng)估了土耳其布賈克地區(qū)的森林火災(zāi)風(fēng) 險(xiǎn)。Johnston 等[8] 基于可能性、脆弱性、暴露性和 潛在影響建立了適合加拿大的森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方 法。為了預(yù)測(cè)氣候變化帶來(lái)的地區(qū)火險(xiǎn)等級(jí)變化， 需要基于氣候情景數(shù)據(jù)分析未來(lái)的火險(xiǎn)等級(jí)變 化[9-10]。Lehtonen 等[11] 從火發(fā)生可能角度評(píng)估了芬 蘭的森林火險(xiǎn)等級(jí)，認(rèn)為到 21 世紀(jì)末該地區(qū)火險(xiǎn)指數(shù)將增加 10%～40%。

　　田曉瑞等[3] 從火發(fā)生可 能、脆弱性、暴露性和抗災(zāi)能力 4 個(gè)方面，評(píng)估 了 2021—2050 年不同氣候情景下中國(guó)火險(xiǎn)等級(jí)變 化，分析了未來(lái)高火險(xiǎn)等級(jí)的空間分布。Jadmiko 等[12] 基于火險(xiǎn)天氣和脆弱性描述了不同情景下西 加里曼丹地區(qū)的火險(xiǎn)，提出應(yīng)對(duì)氣候變化的森林草 原火管理和土地利用方案。Busico 等[13] 以地形、 城鎮(zhèn)分布、道路密度、歷史火發(fā)生等 12 個(gè)評(píng)估指 標(biāo)，利用層次分析法評(píng)估了意大利南部坎帕尼亞地 區(qū)在 1990—2018 年的火險(xiǎn)，并預(yù)測(cè)了 2030—2050 年的火險(xiǎn)等級(jí)變化。 中亞五國(guó)包括哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉 克斯坦、烏茲別克斯坦和土庫(kù)曼斯坦，在前蘇聯(lián)解 體后成為了獨(dú)立的國(guó)家。

　　由于缺少林火方面的統(tǒng)一 管理，導(dǎo)致過(guò)去火發(fā)生頻繁，森林和草地資源破 壞、環(huán)境污染等問(wèn)題嚴(yán)重[14-16]。盡管中亞地區(qū)森林 覆蓋率低，植被分布不均勻，但該區(qū)域擁有著如雪 豹、棕熊等珍稀物種，屬于全球生物多樣性的熱點(diǎn) 地區(qū)[17]。加強(qiáng)地區(qū)火管理對(duì)于保護(hù)現(xiàn)有植被和環(huán)境 尤為重要，也有利于改善當(dāng)?shù)鼐用竦纳�活環(huán)境和促 進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。目前，中亞五國(guó)政府已制定了一系列 措施來(lái)降低火發(fā)生可能，以達(dá)到保護(hù)區(qū)域生物多樣性的目的[18]。由于中亞地區(qū)的森林和草地集中在哈 薩克斯坦境內(nèi)，過(guò)去對(duì)于該地區(qū)火動(dòng)態(tài)及火險(xiǎn)天氣 變化的研究也主要集中在哈薩克斯坦[19]。但受地面 數(shù)據(jù)的限制，已開(kāi)展的研究多基于遙感產(chǎn)品進(jìn)行分 析。

　　Spivak 等[20-21] 基于 NOAA 和 MODIS 提供的 產(chǎn)品構(gòu)建了哈薩克斯坦地區(qū)的空間火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[22]。 Babu 等[23] 利用 MODIS 地表溫度(MOD11A1)、 地表反射比(MOD09GA)數(shù)據(jù)、歸一化多波段指 數(shù)(NMDI)、可見(jiàn)大氣阻力指數(shù)(VARI)和改 進(jìn)的歸一化差異火指數(shù)(MNDFI)等數(shù)據(jù)構(gòu)建了 哈薩克斯坦的火發(fā)生指數(shù)。這些研究主要包含在亞 歐或全球尺度的火險(xiǎn)研究中[24-27]。針對(duì)中亞區(qū)域的 火險(xiǎn)評(píng)估研究較少，特別是對(duì)未來(lái)氣候情景下可能 的森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。 本研究基于火發(fā)生可能性、暴露性和脆弱性， 利用層次分析法構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，評(píng)估氣候變化 對(duì)該區(qū)域未來(lái)的森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)影響。研究結(jié)果 將為中亞地區(qū)開(kāi)展區(qū)域性火管理合作和適應(yīng)氣候變 化措施提供科學(xué)基礎(chǔ)，也為該區(qū)域和“一帶一路”在 森林草原火管理方面的合作奠定基礎(chǔ)。

　　1 研究區(qū)概況

　　研究區(qū)處于亞歐大陸中部，東與中國(guó)相鄰，西 至里海[17]。總面積約 397 萬(wàn) km2，其中哈薩克斯 坦、烏茲別克斯坦、土庫(kù)曼斯坦、吉爾吉斯斯坦和 塔吉克斯坦面積分別為 271.2、47.1、44.6、19.9 和 14.2 萬(wàn) km2。氣候以溫帶大陸性氣候?yàn)橹鳎瑢俚湫?內(nèi)陸干旱區(qū)域。降水稀少且分布不均，年均降水 量 100～400 mm，高山區(qū)可達(dá) 500 mm 以上，平原 區(qū)低于 200 mm。地勢(shì)東高西低，起伏較大。其 中，哈薩克斯坦屬于低山丘陵區(qū)，塔吉克斯坦和吉 爾吉斯坦屬于高山區(qū)，土庫(kù)曼斯坦和烏茲別克斯坦 屬平原區(qū)。

　　早春和晚秋的捕獵及農(nóng)耕活動(dòng)頻繁，城鎮(zhèn)及農(nóng) 田附近的森林和草地容易發(fā)生火燒[15]。而夏季 (6—9 月)由于高溫少雨，自然火發(fā)生頻繁，主 要分布在東部的山地森林和西北部的灌木草地區(qū) 域。統(tǒng)計(jì)表明，自蘇聯(lián)解體至 20 世紀(jì)末的 8 年 間，火導(dǎo)致中亞地區(qū)森林面積減少了 40000 km2， 主要發(fā)生在哈薩克斯坦和吉爾吉斯斯坦[28]。2001— 2009 年中亞 5 國(guó)干旱地區(qū)草地年均過(guò)火面積達(dá) 150000 km2，8—9 月份所占比例最大[29]。

　　2 數(shù)據(jù)源

　　植被數(shù)據(jù)采用 CCI 全球土地覆蓋產(chǎn)品(2001— 2015 年)(https://www.esa-landcover-cci.org)，包 括森林、草地、水體等類型。2001—2015 年過(guò)火 區(qū)數(shù)據(jù)來(lái)源于 MODIS-MCD64A1 過(guò)火面積產(chǎn)品(空間分辨率 500 m，時(shí)間分辨率 1 d)。氣候情景數(shù)據(jù)(1971—2099， 空間分辨率 0.5° × 0.5°)采用 HadGEM2-ES 模式 的 4 個(gè)情景數(shù)據(jù)(RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0 和 RCP8.5)，源于政府間影響模式比較計(jì)劃(InterSectoral Impact Model Intercomparison Project) ，包括日最低和最高溫 度、降水。不同的輻射強(qiáng)迫(RCPs)描述不同溫 室氣體濃度，以表示不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展情 景。該模式情景數(shù)據(jù)在中亞地區(qū)得到了較好應(yīng)用， 它對(duì)中亞地區(qū)的降水和溫度描述比其他模式更準(zhǔn) 確 [30-32]。

　　RCP2.6 代 表 低 排 放 情 景 ， RCP4.5 和 RCP6.0 代表中等排放情景，RCP8.5 代表高排放情 景[33]。人口和 GDP 分布數(shù)據(jù)(1980—2100，0.5° × 0.5°空間分辨率)源于全球環(huán)境研究中心提供的共 享經(jīng)濟(jì)路徑(SSP)情景數(shù)據(jù)(https://secure.iiasa. ac.at/web-apps/ene/SspDb)，包括 1980—2100 年每間 隔 10 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。2020—2100 年的 預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)包括了 SSP1、SSP2 和 SSP3 氣候情景[34]。 SSPs 是在 RCPs 的基礎(chǔ)上發(fā)展的，用于構(gòu)建社會(huì)經(jīng) 濟(jì)情景的數(shù)據(jù)，反映了輻射強(qiáng)迫和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展間 的關(guān)聯(lián)，這些氣候模式將在 IPCCAR6 應(yīng)用[35]。從 未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)面臨的減緩和適應(yīng)挑戰(zhàn)角度來(lái)看， SSP1、SSP2 和 SSP3 分別代表可持續(xù)發(fā)展、中度 發(fā)展和局部發(fā)展/不均衡發(fā)展的路徑[36]。

　　3 研究方法

　　3.1 森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

　　基于經(jīng)典自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)模型構(gòu)建森林草原火災(zāi) 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)[37]。森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)包括 可能性、脆弱性和暴露性 3 個(gè)方面(公式 1)。可 能性是指區(qū)域內(nèi)森林草原火發(fā)生的可能;暴露性表 示受到森林草原火威脅的生命和財(cái)產(chǎn)，暴露性越 高，表示災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越大;脆弱性表示潛在森林草原 火對(duì)區(qū)域內(nèi)不同植被造成的損害，數(shù)值越高表示災(zāi) 害損失越大。

　　4 結(jié)果分析

　　4.1 2001—2015 年燃燒概率和脆弱性

　　2001 —2015 年 區(qū) 域 平 均 燃 燒 概 率 為 0.025。 25.2% 的植被區(qū)發(fā)生過(guò)火燒，其中過(guò)火 1、2、3、4、5 和 6 次區(qū)域分別占植被區(qū)的 10.7%、8.0%、 4.3%、1.7%、0.4% 和 0.1%。草地、灌木和森林的 燃燒概率分別為 0.030、0.018 和 0.002。草地和灌 木的最大燃燒概率為 0.4，而山地森林的最大燃燒 概率為 0.267。

　　結(jié)果表明，在過(guò)去 15 年間，草地和 灌木區(qū)域火發(fā)生較森林區(qū)域頻繁，特別是同一區(qū)域 的重復(fù)火燒現(xiàn)象。 研究區(qū)脆弱性很低、低、中、高和很高的區(qū)域 分別占 72.4%、18.6%、6.0%、2.2% 和 0.8%。草 地火燒比較頻繁，脆弱性高和很高的區(qū)域分別占草 地總面積的 3.6% 和 1.4%，集中在中東部及西部草 地。西部灌木的脆弱性高或很高，其他區(qū) 域脆弱性低。東部山地森林脆弱性低。

　　4.2 未來(lái)時(shí)段的森林草原火可能性和暴露性

　　基準(zhǔn)時(shí)段，森林草原火可能性很低和低的區(qū)域 分別占 4.1% 和 42.4%，主要分布在中部和南部灌 木以及南部草地。可能性中等的區(qū)域占 22.8%，主要包括中南部的灌木和中東部的草地。可能性高的 區(qū)域主要為西部和中部的草地以及東部山地森林， 占 27.9%。可能性很高的區(qū)域占 2.8%，包括南部 灌木和草地、東北部的山地森林和中北部的草地 。

　　5 討論

　　由于研究區(qū)很多氣象站缺乏歷史降水?dāng)?shù)據(jù)，在 國(guó)家/區(qū)域尺度上的火險(xiǎn)天氣也多采用模擬的氣象 數(shù)據(jù)[26]。本研究只有 2001—2015 年的歷史氣象觀 測(cè)數(shù)據(jù)和過(guò)火區(qū)數(shù)據(jù)，采用這一時(shí)段的數(shù)據(jù)對(duì)氣候 情景數(shù)據(jù)(降水)進(jìn)行校正，可能會(huì)影響校正效 果。但該區(qū)域處于相同的氣候區(qū)，各氣象站的降水 特征類似，利用 2001—2015 年的降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行校 正不會(huì)影響結(jié)果的可靠性。基于情景數(shù)據(jù)利用 MNI 指數(shù)計(jì)算的結(jié)果表明，未來(lái) 4 種情景下區(qū)域 火險(xiǎn)指數(shù)均增加。雖然情景數(shù)據(jù)和計(jì)算方法有所不 同，但已有的研究也反映了未來(lái)中亞 5 國(guó)火險(xiǎn)指數(shù) 將增加這一現(xiàn)象[24-26,42]。 在火險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中，充分利用區(qū)域內(nèi)與火有關(guān) 的因素作為指標(biāo)以提高評(píng)估結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確 性[4-5]。

　　本研究根據(jù)已有數(shù)據(jù)，基于自然災(zāi)害經(jīng)典 模型[37] 和當(dāng)前常用的火險(xiǎn)評(píng)估方法構(gòu)建綜合火險(xiǎn) 評(píng)估體系[3,12-13]，分別評(píng)估了研究區(qū)在未來(lái)氣候情 景下火災(zāi)發(fā)生可能性、暴露性和脆弱性。其結(jié)果可 以為該區(qū)域開(kāi)展適應(yīng)氣候變化的林火管理措施提供 科學(xué)參考。 受數(shù)據(jù)限制，本研究中對(duì)于未來(lái)氣候情景下的 森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要考慮了火險(xiǎn)天氣和暴露 性的變化，沒(méi)有考慮未來(lái)植被的可能變化，這會(huì)對(duì) 結(jié)果產(chǎn)生一定影響。考慮到未來(lái)該區(qū)域的氣候和植 被如果不發(fā)生重大變化，過(guò)火區(qū)空間格局也不會(huì)發(fā) 生根本性改變。

　　因此，森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果 能反映未來(lái)氣候變化背景下的森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)特 征。未來(lái)森林草原火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)很高的區(qū)域?qū)�顯著增加 (> 9%)，中亞地區(qū)的森林草原火管理形勢(shì)更加 嚴(yán)峻，需要各國(guó)政府繼續(xù)加強(qiáng)森林和草原的火管 理。研究區(qū)的森林草原火管理體系正處于發(fā)展階 段，而通過(guò)區(qū)域間或“一帶一路”的國(guó)際合作，可以 促進(jìn)該區(qū)域?qū)W習(xí)他國(guó)成熟的森林草原火管理體系， 提高森林草原火管理能力，更好地保護(hù)該區(qū)域的生物多樣性資源[43-45]。

　　森林論文范例：森林經(jīng)營(yíng)分類與森林培育的思考

　　6 結(jié)論

　　2001—2015 年中亞地區(qū)以灌木火和草地火為 主，歷史過(guò)火區(qū)主要分布在中西部草地和南部灌 木區(qū)。與基準(zhǔn)時(shí)段相比，2021—2050 和 2071— 2099 中亞地區(qū)野火風(fēng)險(xiǎn)普遍升高。在 2021—2050 和 2071—2099 年，高和很高風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域?qū)⒎謩e比 基準(zhǔn)時(shí)段增加 16.9% 和 22.9%。2071—2099 年將 有 53.1% 的區(qū)域?yàn)楦呋蚝芨唢L(fēng)險(xiǎn)。

　　在 RCP2.6 情景 下，2071—2099 年的高和很高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)比例較 2021— 2050 年降低，而在 RCP4.5、RCP6.0 和 RCP8.5 情 景下，2071—2099 年的高和很高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)比例高于 2021—2050 時(shí)段。根據(jù) RCP4.5 和RCP6.0 氣候情 景數(shù)據(jù)計(jì)算的火險(xiǎn)指數(shù)可能更符合中亞地區(qū)的未來(lái) 發(fā)展情景。未來(lái)野火管理的重點(diǎn)區(qū)域主要包括西部 和中北部草地、南部灌木和東部的山地森林。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　作者：宗學(xué)政1，田曉瑞1*，尹云鶴2