《Natural Hazards Research》：Predicting China’s forest fire regimes at various spatial and temporal scales based on drought characteristics under the Shared Socioeconomic Pathways
编辑推荐：
本研究针对气候变化背景下干旱加剧森林火灾风险的重大科学问题，基于CMIP6多模式集合数据，采用地理加权回归模型（GWR/GWPR）首次系统预测了中国不同时空尺度下森林火险格局对干旱特征的响应机制。研究发现森林火险与干旱持续时间（MDD）呈显著正相关，在植被带尺度模型预测精度（R2>0.6）显著优于气候带尺度，未来北热带、中热带等区域火险将显著增加。研究成果为制定气候变化适应性林火管理策略提供了科学依据。
随着全球气候变化加剧，极端干旱事件频发，森林火灾风险持续攀升。中国作为受季风气候显著影响的国家，复杂的地形条件和植被分布使得森林火险呈现高度空间异质性。传统研究多关注干旱指数与火灾的线性关系，但忽视了一个关键科学问题：干旱特征（持续时间、强度、频次等）如何通过空间非平稳性机制影响不同区域的森林火险格局？这一认知空白严重制约了气候变化适应性林火管理策略的制定。
为破解这一难题，中国科学院沈阳应用生态研究所的研究团队在《Natural Hazards Research》发表了创新性研究。该研究首次整合CMIP6多模式气候数据与历史林火记录，通过地理加权回归模型（Geographically Weighted Regression, GWR）揭示了干旱特征与森林火险的空间非平稳性关系，并预测了不同共享社会经济路径（SSP126/245/585）下中国未来森林火险的演变趋势。
研究团队构建了涵盖2001-2021年的林火数据库（28,948条记录），结合15个全球气候模式的多模式集合（MME），计算了1/3/6/12个月尺度的标准化降水蒸散指数（SPEI）。采用游程理论提取了干旱事件次数（MDN）、持续时间（MDD）、强度（MDI）等特征参数，并创新性地在气候带和植被带双重尺度上建立了地理加权泊松回归（GWPR）和地理加权回归（GWR）模型。通过方差膨胀因子（VIF）和Spearman相关性分析筛选关键干旱指标，并采用Moran's I指数验证模型残差的空间自相关性。
关键技术方法包括：1）基于CMIP6多模式集合的气候情景模拟（SSP126/245/585）；2）运用游程理论从SPEI数据提取多维度干旱特征；3）构建考虑空间非平稳性的地理加权回归模型（GWR/GWPR）；4）采用多时间尺度（1/3/6/12月）分析干旱与火险的尺度效应；5）通过气候带与植被带双尺度验证模型鲁棒性。
3.1 解释变量多重共线性诊断
研究发现四个干旱特征在气候带和植被带尺度均存在严重多重共线性（VIF最高达27,100）。通过Spearman相关性分析优选关键指标：在气候带尺度，火灾次数（AFN）和过火面积（ABA）与干旱持续时间（MDD）相关性最高（r=0.253-0.301）；在植被带尺度，SPEI-6时与干旱强度（MDI）相关性最强（r=0.289-0.345）。
3.2 基于相关性分析的干旱特征选择
空间异质性分析表明，北方植被带火灾与干旱的相关性普遍高于南方。例如温带草原区（Ⅴ）相关系数达0.395，而热带季雨林区（Ⅳ）仅0.22。这种梯度差异揭示了干旱驱动火险的纬度地带性规律。
3.3 模型残差空间自相关
地理加权模型显著降低了残差的空间自相关性（Moran's I<0.263），证明其能有效捕捉干旱与火险关系的空间非平稳性。相较于全局模型，GWR模型在植被带尺度的决定系数（R2）提升约10%。
3.4 林火预测模型拟合优度
模型验证显示：在植被带尺度，GWPR模型对火灾次数的预测精度（R2=0.674）显著优于全局模型（0.618）；GWR模型对过火面积的预测误差（RMSE）降低5.5%。但气候带尺度的过火面积预测效果较差（R2<0.4），揭示了大尺度聚合对极端火灾信号的平滑效应。
3.5 干旱特征对林火机制的空间非平稳性
干旱持续时间（MDD）在北方气候带呈现强驱动效应（回归系数0.29），而南方植被带更受干旱频次（MDN）控制。这种空间分异与植被类型和气候背景密切相关：北方温带林区燃料干燥度对持续干旱更敏感，而南方常绿林区受间歇性干旱事件影响更大。
3.6 未来干旱特征变化
预测表明：近中期（2022-2060）中国大部分地区干旱特征减弱，但长期（2080-2099）在SSP585情景下，北方温带和青藏高原等地区干旱持续时间将增加15%-30%。这种"先湿后旱"的转折现象可能与全球变暖导致的蒸发加剧有关。
3.7 未来林火格局时空演变
3.7.1 火灾次数变化：北热带（Ⅶ）和中热带（Ⅷ）火灾次数增幅最大（近中期>94%），而冷温带针叶林区（Ⅰ）因降水增加呈现下降趋势。值得注意的是，青藏高原高寒植被区（Ⅲ）基线火灾较少但未来增幅显著（70%-92%），需警惕新兴火险区。
3.7.2 过火面积变化：北亚热带（Ⅳ）出现过火面积增加（15.97%）而火灾次数减少的"大火频发"态势，反映干旱导致的火强度提升。温带荒漠区（Ⅵ）过火面积降幅超300%，但低基数下的绝对风险仍需关注。
研究结论强调，中国未来林火风险呈现"北增南减、热带加剧"的格局，地理加权模型能有效捕捉干旱驱动的空间异质性。但研究存在三方面局限：一是MODS（可修改面积单元问题）可能掩盖局部极端火险信号；二是SPEI<-0.5的干旱阈值经验性强，需加强机制研究；三是未考虑闪电火等自然火源与干旱的耦合效应。
该研究的突破性在于将"空间非平稳性"概念引入林火预测模型，揭示了干旱特征驱动火险的尺度效应和区域分异规律。提出的"气候-植被"双尺度分析框架，为全球变化背景下林火风险精准防控提供了方法论创新。研究结果对优化消防资源布局、制定分区施策的林火管理方案具有重要实践价值，尤其对青藏高原等新兴火险区的早期预警系统建设具有指导意义。
