推荐文献:全球荒地-城市交界区的野火风险

学术   2024-05-08 15:19   北京  

(2024年59)


科学问题
愈演愈烈的野火,以及人类居住区的扩张,使荒地-城市交界区的更多人口和基础设施都面临风险。为了保护生态系统和居民社区,需要有效的野火管理和政策响应。然而,目前世界范围内,仅有部分国家或地区,拥有准确的荒地-城市交界区的时空分布数据。因此,全球荒地-城市交界区的格局,以及相关的野火暴露风险,目前仍然还不清楚。为此,本研究的目标就是要集成高分辨率的房屋和植被数据,生成一套2020基准年,以及1985-2020年长时间序列的全球荒地-城市交界区的数据集。在此基础上,进一步阐明全球荒地-城市交界区的时空格局,以及相应的野火风险。主要是想回答以下四个问题:(1)全球荒地-城市交界区的空间格局是怎样的?(2)过去几十年全球荒地-城市交界区是如何演变的?(3)不同荒地-城市交界区之间的野火风险有何差异?(4)全球荒地-城市交界区内,暴露于野火风险中的人口有多少?
解决方法
本文首先通过集成高分辨率的房屋足迹数据(30米分辨率的高分辨率人口密度数据集HRPD以及10米分辨率的全球定居足迹数据集WSF)和荒地植被数据(10米分辨率的WorldCover土地覆盖数据集),完成了2020基准年的全球荒地-城市交界区制图。进一步地,选用了两套长时间序列的房屋足迹数据(100米分辨率的全球人类定居数据集GHSL)和荒地植被数据(30米分辨率的全球土地覆盖数据集GLC-FCS),完成了1985-2020年长时间序列的全球荒地-城市交界区制图。在此基础上,通过叠加MODIS 500米分辨率的火灾烧毁面积数据集(MCD64A1)以及WorldPop人口数据集,评估了全球荒地-城市交界区内的野火风险,以及暴露于野火风险中的人口(图1)。

图1 研究流程图
荒地-城市交界区通常是指房屋与荒地植被相遇或混合的区域。因此,荒地-城市交界区一般也分为两种类型。一种是混合型,指的是房屋建筑与自然荒地植被呈现出交错混合分布。一种是界面型,指的是房屋建筑靠近大面积的自然荒地植被。具体来看,混合型的荒地-城市交界区要满足两个条件。一是房屋密度至少要达到每40英亩(约16万平方米)有1栋房屋。二是区域内的荒地植被覆盖度要达到50%以上。界面型的荒地-城市交界区则要满足三个条件。一也是房屋密度至少要达到每40英亩有1栋房屋。二是区域内的荒地植被覆盖度要小于50%。三是要位于大面积的自然荒地植被2.4公里的范围内。这里大面积的自然荒地植被指的是植被覆盖率要大于75%,面积至少为5平方公里。

考虑到房屋密度临界值是每16万平方米内,至少要有1栋房屋。因此,研究选择以400米乘以400米的网格,作为荒地-城市交界区制图的最小单元。混合型的荒地-城市交界区需要满足每个网格内,至少要有1栋房屋,同时每个网格的荒地植被覆盖率要在50%以上。具体地,研究中将30米和10米的房屋足迹数据汇总到400米的网格上,得到每个网格的房屋密度。同样地,将10米的自然荒地植被数据也汇总到400米的网格上,得到每个网格的荒地植被覆盖度。这样以来,同时满足房屋密度大于1,以及荒地植被覆盖率大于50%的网格,就属于是混合型的荒地-城市交界区。

类似地,研究也提取了界面型的荒地-城市交界区。界面型的荒地-城市交界区,在满足每个网格内,至少也要有1栋房屋,以及每个网格的荒地植被覆盖率要在50%以下这两个条件的基础上,这个网格还需要位于大面积的自然荒地植被2.4公里的缓冲区范围内。设置2.4公里的缓冲区,主要是考虑到假如这块大面积自然荒地植被发生野火,野火蔓延的平均距离一般就是2.4公里。如果一个网格同时满足房屋密度大于1,荒地植被覆盖率小于50%,以及位于大面积的自然荒地植被2.4公里的缓冲区范围内,这个网格就属于是界面型的荒地-城市交界区。

采取上述类似的方法,选用了两套长时间序列的房屋足迹数据(100米分辨率的全球人类定居数据集GHSL)和荒地植被数据(30米分辨率的全球土地覆盖数据集GLC-FCS),研究完成了1985-2020年长时间序列的全球荒地-城市交界区制图。

在完成了全球荒地-城市交界区制图工作后,研究进一步评估了全球荒地-城市交界区内的野火风险,以及暴露于野火风险中的人口。首先使用MODIS 500米分辨率,2001-2020年的野火烧毁面积数据集(MCD64A1),来反映全球20年来的平均野火状态。然后分别叠加2020年的全球荒地-城市交界区数据,以及2020年的人口数据,得到了位于野火风险中的荒地-城市交界区面积,以及对应的暴露于野火风险中的人口。需要说明的是,研究在每个野火烧毁面积分别向外缓冲2400米和4800米生成缓冲区,以此代表潜在的野火风险区域,同样评估了潜在野火风险区域内的荒地-城市交界区面积,以及对应的暴露于野火风险中的人口。

研究结果

全球荒地-城市交界区的总面积为662万平方公里。主要以混合型为主。混合型的荒地-城市交界区的面积为504万平方公里,占到了总面积的76.2%。相比之下,界面型的荒地-城市交界区的面积为158万平方公里,占到了总面积的23.8%。在大洲尺度,亚洲的荒地-城市交界区的面积最大,达到了约179万平方公里。其次为北美、欧洲和非洲,荒地-城市交界区的面积也都在120万平方公里以上。界面型和混合型荒地-城市交界区之间的比例,在各大洲之间还有所不同。总体上都是以混合型的荒地-城市交界区为主。但亚洲和欧洲的界面型的荒地-城市交界区比例,要比其他大洲高得多,分别为34.35%和24.62%,高于全球的23.8%。

图2 全球荒地-城市交界区的空间格局
在国家尺度,荒地-城市交界区面积最大的前十个国家分别是:美国(112万公里)、巴西(48万公里)、印度(37万公里)、中国(35万公里)、印度尼西亚(21万公里)、法国(18万公里)、俄罗斯(15万公里)、墨西哥(13万公里)、德国(11万公里),以及埃塞俄比亚(11万公里)。在州一级的尺度上,全球荒地-城市交界区呈现出更为集中的分布。例如,在美国,荒地-城市交界区主要集中分布在中部和东部的一些州。在巴西,主要集中分布在巴西南部的一些州。在非洲,主要是埃塞俄比亚的一些州。在亚洲,主要集中分布在中国南部和印度地区。在澳大利亚,主要集中在东部地区。

图3 国家和州一级尺度的荒地-城市交界区面积

1985-2020年,全球荒地-城市交界区的面积总计增加了12.56%。其中界面型占77.43%,混合型占22.57%。与1985年相比,界面型的荒地-城市交界区增加了44.26%,混合型增加了3.63%。在大洲尺度上,澳大利亚/大洋洲的荒地-城市交界区的面积增长幅度最大,达到了27.81%。其次为亚洲,达到了24.52%。对于混合型的荒地-城市交界区,亚洲以及澳大利亚/大洋洲的增长幅度也最大。其中亚洲为12.14%,澳大利亚/大洋洲为18.91%,均远大于其他大洲。对于界面型的荒地-城市交界区,非洲增长幅度最大,达到了116.82%。其次是南美,达到了68.88%。

图4 全球荒地-城市交界区的历史演变过程

2001-2020年,全球平均有0.83%的荒地-城市交界区发生过野火事件,直接暴露于这种威胁中的人数有27万人。另外,分别有7.07%和12.54%的荒地-城市交界区位于2400米和4800米的野火威胁缓冲区内。在这些区域内,分别居住有约447万人和1011万人。与界面型的荒地-城市交界区相比,混合型面临着更高的野火风险。在全球范围内,1.03%的混合型荒地-城市交界区,在研究期间经历了野火事件,远高于界面型的0.20%。在2400米和4800米的缓冲区内,混合型的野火风险都是要高于界面型的。分别有7.52%和12.99%的混合型荒地-城市交界区位于2400米和4800米的野火威胁缓冲区内,高于界面型的5.64%和11.08%。在大洲尺度上,非洲的荒地-城市交界区的野火风险是最高的,远高于其他大洲。在非洲,2001-2020年,平均有3.63%的荒地-城市交界区发生过野火事件,有21万人直接暴露于这种野火威胁中。此外,分别有25.25%和37.66%的非洲荒地-城市交界区位于2400米和4800米的野火威胁缓冲区内。在这些区域内,分别有274万人和507万人面临野火威胁。


图5 全球荒地-城市交界区的野火风险
个人评价
这项研究绘制了2020基准年,以及1985-2020年长时间序列的全球荒地-城市交界区数据集。在此基础上,阐明了全球荒地-城市交界区的时空分布及其演变特征,并评估了全球荒地-城市交界区内的野火风险。研究发现全球荒地-城市交界区的总面积为662万平方公里。主要以混合型为主。混合型的面积占到了总面积的76.2%。1985-2020年,全球荒地-城市交界区的面积总计增加了12.56%。其中界面型的增加了44.26%,混合型的增加了3.63%。全球平均有0.83%的荒地-城市交界区发生过野火事件,直接暴露于这种威胁中的人数有27万人。另外,分别有7.07%和12.54%的荒地-城市交界区位于2400米和4800米的野火威胁缓冲区内。在这些区域内,分别有447万人和1011万人面临野火威胁。从区域上来看,美国、巴西、中国、印度和澳大利亚,分布有大部分的荒地-城市交界区,但非洲国家的荒地-城市交界区,却面临着更高的野火风险。荒地-城市交界区是城市不断向周边荒地扩展,所形成的特殊景观。该项研究让我直观地了解到了全球荒地-城市交界区的基本概念、分布情况、时空演变特征及其野火风险。然而,值得注意的是,本研究仍有一些不足:现有研究只停留在初步的结果刻画和描述上,缺少对全球荒地-城市交界区时空演变的驱动机制和影响因素的分析和探讨。同时也缺乏对野火风险的形成机制和应对防控的分析和探讨。
原文
Title:

Wildfire risk for global wildland–urban interface areas

Abstract

Intensifying wildfires and human settlement expansion have placed more people and infrastructure at the wildland–urban interface (WUI) areas under risk. Effective wildfire management and policy response are needed to protect ecosystems and residential communities; however, maps containing spatially and temporally explicit information on the distribution of WUI areas are limited to certain countries or local regions, and global WUI patterns and associated wildfire exposure risk therefore remain unclear. Here we generated the global WUI data layers for the 2020 baseline and the 1985–2020 time series by integrating fine-resolution housing and vegetation mapping. We estimated the total global WUI area to be 6.62 million km2. Time-series analysis revealed that global WUI areas increased by 12.56% between 1985 and 2020. By overlapping 2001–2020 wildfire burned area maps and fine-resolution population datasets, our analysis uncovered that globally, 7.07% (12.54%) of WUI areas housing 4.47 million (10.11 million) people are within a 2,400 m (4,800 m) buffer zone of wildfire threat. Regionally, we found that the United States, Brazil, China, India and Australia account for the majority of WUI areas, but African countries experience higher wildfire risk. Our quantification of global WUI spatiotemporal patterns and the associated wildfire risk could support improvement of wildfire management.

Citation

Chen, B., Wu, S., Jin, Y., Song, Y., Wu, C., Venevsky, S., Xu, B., Webster, C., Gong, P., 2024. Wildfire risk for global wildland–urban interface areas. Nature Sustainability, 7, 474–484.

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景观可持续科学与地理设计
在何春阳教授带领下,北京师范大学“景观可持续科学与地理设计”研究小组坚持可持续科学理念,聚焦人与环境/土地系统,开展不同尺度的景观/区域可持续性研究。自2024年1月起,本号同时发布中国自然资源学会资源持续利用与减灾专业委员会的相关通知。
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