原文信息
原文标题：Attributing human mortality from fire PM2.5 to climate change
所在期刊：Nature Climate Change
作者：Chae Yeon Park, Kiyoshi Takahashi, Shinichiro Fujimori, Thanapat Jansakoo, Chantelle Burton, Huilin Huang, Sian Kou-Giesbrecht, Christopher P. O. Reyer, Matthias Mengel, Eleanor Burke, Fang Li, Stijn Hantson, Junya Takakura, Dong Kun Lee & Tomoko Hasegawa
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摘要
气候变化加剧了火灾烟雾排放，释放出对人类健康有害的空气污染物。然而，气候变化对火灾引发健康风险的全球影响尚未被全面量化。这篇研究利用三个经过验证的火灾–植被模型，结合化学传输模型和健康风险评估框架，首次将全球范围内因火灾细颗粒物（PM2.5）排放导致的人类死亡归因于气候变化。研究发现，每年因火灾PM2.5导致的死亡人数从20世纪60年代的46,401人增加到2010年代的98,748人，其中669人（占1.2%，20世纪60年代）到12,566人（占12.8%，2010年代）的死亡可直接归因于气候变化。气候变化对火灾死亡率影响最显著的地区包括南美洲、澳大利亚和欧洲，这些地区的相对湿度显著降低，而北方森林则因气温升高而受影响。同时，研究还发现，相对湿度的增加在某些地区（如南亚）有效降低了火灾死亡率。这项研究突出强调了气候变化在火灾相关死亡中的关键作用，为公共卫生部门提供了科学依据，帮助其在敏感且易受火灾影响的地区制定更精准的适应措施。
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研究内容
随着森林火灾的增加及其产生的烟雾对公共卫生带来的严重影响，相关研究越来越引起关注。2023年，加拿大发生的创纪录森林火灾对美国和加拿大造成了显著影响，导致急诊就诊人数激增。此外，2019至2020年澳大利亚的特大火灾产生的烟雾所导致的健康成本是过去19年平均值的九倍以上。火灾烟雾中含有的细颗粒物（PM2.5）是环境健康的主要风险之一，每年造成数百万人的死亡。
火灾烟雾在全球PM2.5相关死亡中占有相当比例，尤其在2000年代和2010年代，火灾PM2.5的死亡人数估计已达339,000至677,745人，并且每年还造成约130,000名婴儿的死亡。近年来，人类活动（如景观破碎化和火灾扑灭）导致南美和非洲的热带稀树草原以及亚洲草原的火灾活动减少。然而，气候变化同时在气温升高和湿度下降的推动下，导致一些地区的火灾活动增加，尤其是在北方森林和热带森林等气候主导的区域。
气候变化加剧了火灾天气的频率和强度，极端干旱和高温加剧了燃料干燥度，使火灾更易蔓延，增加了扑灭难度。了解气候变化对火灾健康负担的历史影响对于应对当前和未来的火灾风险至关重要。近期的极端天气事件，例如干旱和热浪，导致了火灾引发的PM2.5死亡率显著增加，且较过去天气条件下的死亡人数大幅上升。
这项研究探讨了过去60年气候变化对火灾PM2.5死亡率的归因，重点关注长期的十年变化趋势。通过模拟气候变化对历史火灾死亡率的影响，研究提供了有价值的见解，并强调了气候变化对火灾死亡率的显著作用，为未来的公共卫生应对和适应措施提供了科学依据。
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结果
本研究评估了1960年至2019年全球火灾PM2.5排放与相关死亡率的变化，特别是气候变化对火灾影响的归因。使用了三种全球火灾-植被模型（CLASSIC、SSiB4和JULES）进行模拟，结果表明，过去六十年全球火灾PM2.5的加权浓度（PWC）为1.4 μg/m³，1960年代的火灾PM2.5引发46,401人死亡，而2010年代则上升至98,748人。总体来看，火灾对PM2.5暴露及相关死亡率的影响在1990年前有所减少，1990年后又开始增加。
为分离气候变化的影响，研究团队将实际模拟与反事实模拟（假设无气候变化）进行比较。实际模拟基于历史气候观测，而反事实模拟假设CO2和甲烷浓度保持在1901年的水平。两种模拟的主要差异在于气候变化对火灾燃料特性和火灾蔓延的影响。PM2.5暴露与死亡率的计算保持一致，其他输入如人为排放、气象条件、大气化学传输等也保持相同。
全球气候变化的影响
气候变化对火灾PM2.5和相关死亡率的影响随着时间推移逐渐增强。过去六十年，实际模拟中火灾PM2.5浓度的ACC（气候变化归因）从1960年代的1.8%增加到2010年代的15%。这导致了火灾引起的死亡人数的增加，从1960年代的669人增加到2010年代的12,566人，气候变化对死亡率的归因范围为1.2%到12.8%。
这种增加主要归因于气候变化导致的高火灾排放量。特别是在热带森林、温带森林、北极森林以及草原地区，气候变化使得火灾排放显著增加。例如，在2010年代，CLASSIC模型的全球火灾有机碳排放量为20 Tg，而SSiB4为28 Tg，JULES为17 Tg，且各模型的气候变化归因均有所不同。南美、北非、欧洲及北极森林等地区，气候变化显著推动了火灾排放的增加，导致相关的PM2.5浓度和死亡率上升。
图1：全球火灾PM2.5排放、相关死亡率及气候变化归因（ACC）
图2：2010年代火灾排放及其风险的气候变化归因 (ACC)
区域气候变化的影响
在不同地区，气候变化对火灾死亡率的影响存在显著差异。南美、北非、欧洲和北极地区的火灾死亡率受气候变化影响最为显著，尤其是在南美的温带草原和亚马逊盆地地区，气候变化导致了火灾死亡率的大幅增加。在澳大利亚，气候变化带来的气温升高和干燥条件显著增加了火灾死亡率，尤其是在东南部地区。此外，南欧的火灾活动对温暖和干燥的条件变得更加敏感，导致了死亡率的持续上升。
北极地区的气候变化也加剧了火灾风险，尤其是在加拿大的北方森林中，气温升高导致了燃料干燥，从而增加了火灾发生的概率。而在赤道亚洲地区，尽管相对湿度较高，但气候变化仍然导致了火灾死亡率的上升，这主要是由于气温升高和生物量增加所带来的燃料负荷增加。
在亚洲其他地区，如中国西部和中亚，火灾死亡率有明显上升趋势，而印度支那地区则呈现下降趋势。这些变化与相对湿度和气温的变化密切相关。在东南亚，气候变化导致的湿度变化较小，但仍然对火灾的发生和死亡率产生了影响。
图3：火灾死亡率的区域气候变化归因（ACC）
图4：2010年代空间模型一致性
图5：火灾死亡率的气候变化归因（ACC）与相对湿度或气温的气候变化归因（ACC）之间的关系（1960年代至2010年代）
其他因素影响
研究还通过灵敏度测试评估了其他因素对火灾死亡率的影响。结果表明，火灾的年际变异性对死亡率的影响大于气候变化的长期趋势。例如，2015年和2013年的火灾死亡人数差异高达32,020人，而东南亚地区在2015年表现出最显著的差异。
气候模型（GEOS-Chem）的模拟也显示了死亡率的显著年际变化。2015年为死亡率的高峰年，而2010年则为低谷年。此外，基线死亡率的变化在不同地区的影响也被评估，研究发现，基线死亡率变化可能导致较高的死亡人数，尤其是在东亚和南美地区。
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方法概要
本研究通过三步建模链量化了火灾PM2.5死亡率：首先将三种火灾-植被模型的火灾排放输入到大气化学传输模型GEOS-Chem中，接着通过该模型输出计算地表PM2.5浓度，最后通过全球疾病负担（GBD）2019健康影响模型估算火灾相关的死亡率。该方法包括事实情景和反事实情景的对比分析，使用ISIMIP3a项目的火灾–植被模型、GSWP3-W5W5气候数据以及社会经济变化数据进行驱动。
火灾-植被模型与火灾排放
研究选用了三种火灾–植被模型：CLASSIC、SSiB4和JULES，这些模型基于不同的假设和机制来模拟火灾排放。排放量以五种主要土地类型进行划分，并通过将燃烧面积转换为火灾干物质排放量，进一步计算了不同土地类型的排放。
PM2.5浓度模拟
使用GEOS-Chem模型模拟了火灾PM2.5的地表浓度，考虑了火灾排放对PM2.5浓度的贡献。通过与无火灾情景的PM2.5浓度对比，研究得出火灾引发的PM2.5贡献率，并计算火灾对死亡率的影响。
死亡率估算
使用GBD 2019的meta-regression-Bayesian regularized trimmed（MR-BRT）样条函数估算了火灾引发的PM2.5暴露相关死亡率。研究计算了六种疾病的死亡率，并通过火灾PM2.5浓度对这些疾病的影响进行量化。
模型评估与敏感性测试
使用GBD 2019的meta-regression-Bayesian regularized trimmed（MR-BRT）样条函数估算了火灾引发的PM2.5暴露相关死亡率。研究计算了六种疾病的死亡率，并通过火灾PM2.5浓度对这些疾病的影响进行量化。
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总结
本研究估算了气候变化对过去六十年间火灾PM2.5和相关死亡率的影响。全球范围内，由于火灾天气、燃料湿度和燃料可用性因地区差异而存在非线性关系，确定气候变化对火灾的统一影响具有挑战性。然而，研究结果表明，气候变化显著影响了某些地区的火灾死亡率，特别是在温带草原、南美亚马逊盆地、南澳大利亚和南欧等地区，这些地区经历了越来越高的气温和干旱，增加了火灾和极端干旱的风险。
研究发现，相对湿度和土壤湿度对火灾风险有重要影响，尤其是在热带和温带森林区域，气候变化导致了更高的火灾死亡率。火灾活动与气温升高密切相关，气温上升不仅直接提高了燃料的可燃性，还通过降低土壤湿度和增加燃料负荷间接影响火灾活动。通过使用三种火灾-植被模型，研究验证了不同区域的PM2.5水平及其相关死亡率，发现气候变化对SHSA、AUST、EURO、BOAS和BONA地区的火灾死亡率有显著影响，而SEAS地区的火灾死亡率有所下降。
尽管火灾-植被模型在一些地区（如印度、中国、南美亚马逊和美国东部）存在不确定性，但该研究表明，气候变化显著增加了这些地区的火灾风险。研究假设使用年度PM2.5暴露进行健康风险估算，可能低估了火灾源PM2.5的毒性影响。
随着全球气温预计将在2040年超过1.5°C，适应气候变化对火灾的影响变得尤为重要。各国应加强应急准备和火灾监测系统，并制定应对长期气候变化相关火灾风险的政策，特别是在南美、欧洲、澳大利亚和北方森林等火灾死亡率较高的地区。
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内容：刘美君
编辑：赵阳
审核：张乾志
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