【Nature封面论文】干旱引发并维持北美彻夜大火

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封面故事（ Nature 公众号）

Drought triggers and sustains overnight fires in North America

2024年3月14日，由加拿大阿尔伯塔大学博士生 骆开苇 等人发表在该期《自然》期刊的封面论文首次表明，野火正在偏离既定“昼兴夜伏”的周期性模式，开始连续彻夜燃烧。与年际、年度和季节性火灾活动相比，昼夜火灾活动，特别是夜间燃烧，长期以来一直被忽视。然而，最近在北美大火多发地区广泛出现的未预见且极端的彻夜燃烧，凸显了这项研究的紧迫性。作者利用地球同步卫星图像、陆面火灾记录、逐小时气候资料以及机器学习首次系统地探索了野火行为这一方兴未艾的昼夜转变。作者发现干旱条件促进了彻夜燃烧，这是演变成极端大火的新的关键机制。作者强调在持续的气候变化下，“夜间屏障”的加速失效预计会导致极端夜火更加广泛和频繁地发生，对当前的火灾管理带来新的困难和挑战。

昼夜非对称性增温，即观测到夜间相对日间的 更 快增温速度 ，预计会显著影响野火的昼夜活动。尽管 已知 日间条件 的长期变化趋势 加剧 了日间野火燃烧 ， 然而 夜间 条件以及夜间燃烧的 潜在变化却关注甚少， 这是 因为夜火通常受到更湿冷的大气 环境和 细小可燃物的 阻碍 。而此 “ 昼兴夜伏 ” 的野火 既 有周期模式 也 已被广泛熟知和应用。然而，前线消防人员的报告和卫星观测结果均表明，夜火事件和夜间火点的数量、持续时间以及燃烧强度都在 明显 增加。人们担忧夜间可燃性的增加可能会将区域野火 的 昼夜活动推至临界点，如果 连 夜幕 也 无法减缓燃烧，那么 点燃后便会 自我持续的野火极有可能成为必然， 从而引发 更极端火灾 的肆虐 。

作者利用地球静止轨道 G OES-R 卫星 影 像、 加拿大和美国跨野火机构 陆面火灾记录、 E RA5 逐小时气候资料 、加拿大火险指数 C FWIS 系统及 机器学习首次 全面 地探索了这一新兴的彻夜燃烧现象，包括其 程度 、特征、驱动、影响以及预测，填补了昼夜火灾活动及其变化的知识空白，对夜间火灾管理具有实际意义。

图 1 北美 2017-2020 年间大量且极端的彻夜燃烧

彻夜燃烧促进了极端野火的发展

研究还表明通宵燃烧倾向于连续发生。超过 50% 的彻夜燃烧集中在不到 50 场火灾中（图 2b ）。近 2/3 的情况下，彻夜燃烧可以维持至少两个整夜（图 2c ），而极端大火可以连续活跃数周夜晚，导致火灾遏制的策略和机会有限。其中前 10 的火灾平均燃烧了 27.1 个整夜。此外，近 1/3 野火的首次彻夜燃烧发生在点燃当天，超过 50% 发在点燃 2 天内（图 2d ）。早期消防介入的缺乏导致了更多的 “ 逃逸 ” 火灾。

图 2 彻夜燃烧促进极端大火

干旱是彻夜燃烧的主要驱动因子

彻夜燃烧的发生与极端野火天气有关，更热更干风速更快的环境有利于彻夜燃烧的形成（图 3a ， 3b ）。

图 4 干旱条件是彻夜燃烧的主要驱动因子

野火昼夜周期的加速破坏

彻夜燃烧的可预测性

图 5 利用每日正午的干旱指标预测彻夜燃烧的可能性

• 首次探索 ： 该研究开发了一套彻夜燃烧检测算法，逐小时排查 了北美 2017-2020 年间发生的 23557 次火情 。总计检测到了 1095 次彻夜燃烧 事件，主要分布在北方生态系统（ 1 3% ）和西部山系地区（ 温带 : 45; 亚热带 : 31% ）这两个传统火灾易发区。

• 大型火灾 ：彻夜燃烧促进了烧毁面积的增长。 99% 的彻夜燃烧 与 大型火灾 （大于 1 000 公顷）相关 ，而 1/5 的大火经历了至少一次彻夜燃烧。大火仅以 10% 的数量贡献了超 90% 的总烧毁面积。

• 持续燃烧 ：近 2/3 的情况下，彻夜燃烧可以维持至少两个整夜，而极端大火可以连续活跃数周夜晚，导致火灾遏制的策略和机会有限。其中前 10 的火灾平均燃烧了 27.1 个整夜。

• 迅速发展 ： 近 1/3 野火的首次彻夜燃烧发生在点燃当天， 超过一半是 发在点燃 2 天内。早期消防介入 在时间上的困境结合彻夜燃烧持续性的本质 导致了更多的 “ 逃逸 ” 火灾。

• 关键主因 ：彻夜燃烧的发生与极端野火天气 密切相关 ，更热 、 更干 以及更快的 风速环境 更 有利于 野火在夜间蔓延 。而与干旱相关的可燃物干燥度和可用性 则 被 证实 是 促使野火持续彻夜燃烧 的主要驱动 因素。

• 日间 预测： 每日正午的干旱指标被证明有助于预测 彻夜 燃烧的可能性， 有助于夜间野火的管理。

• 长期趋势 ：近数十年来，极端野火天气的加剧 表明既有昼夜燃烧模式在气候变化下受到持续破坏，使得 昼夜野火行为向更深夜晚燃烧的加速转变。

• 未 来情景 ： 向骤旱转变势必会缩短 干燥可燃物累积 达到支撑彻夜燃烧所需的时间窗口；干旱程度的加剧及其持续时间的延长也会对火灾减缓和管理带来更大的挑战。 此外 ， 昼夜非对称性增温 也拥有驱动昼夜燃烧模式更广泛转变的潜力。

该论文第一作者兼通讯作者是 加拿大阿尔伯塔大学博士生 骆开苇。合著者包括加拿大自然资源部，加拿大林业局北方森林研究中心，林火科学家王宪礼（ Xianli Wang ；通讯作者）；加拿大自然资源部，加拿大林业局五大湖森林研究中心，林火科学家 Mark de J ong ；以及 英属哥伦比亚预测服务、应急管理和火灾科学创新研究主席 兼 加拿大野火科学 主任 Mike F lannigan。