印度尼西亚西亚克流域面向未来预估的开发版基奇-拜拉姆干旱指数（developed Keetch–Byram Drought Index, dKBDI）

《Natural Hazards Research》：Development of Keetch and Byram Drought Index for future projection in the Siak Watershed, Indonesia

　　

极端干旱是热带区域森林与泥炭地火灾的主要驱动因子，然而泥炭主导流域的未来干旱动态仍缺乏充分量化，主要归因于气候预估与火灾相关干旱指数的整合不足。印度尼西亚西亚克流域（Siak Watershed）现有研究多依赖历史分析，缺少基于耦合模式比较计划第六阶段（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6, CMIP6）情景的前瞻性评估。研究人员针对这一空白，利用统计降尺度的加拿大地球系统模式第5版（Canadian Earth System Model version 5, CanESM5）输出驱动开发的基奇-拜拉姆干旱指数（dKBDI），开展未来干旱条件预估。气候变量通过统计降尺度模型（Statistical DownScaling Model, SDSM）在三种共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathways, SSP1–2.6、SSP2–4.5、SSP5–8.5）下进行降尺度，覆盖三个未来时段：近未来（FP I, 2025–2050）、中未来（FP II, 2051–2075）与远未来（FP III, 2076–2100）。基于122个网格单元的数据，研究人员将dKBDI与卫星反演的火灾热点数据进行校准与验证，并通过多种统计指标评估其性能。结果表明，所有共享社会经济路径下干旱严重程度均呈一致增强趋势，其中SSP5–8.5情景响应最强。尽管预估年降水量整体上升，极端干旱期持续存在，并与升温叠加，进一步加剧火灾易发性。季节性干旱格局保持双峰型，但提前约一个月出现，预示未来干旱-火灾风险升高。研究发现，dKBDI可作为潜在火灾风险指示指标，并作为泥炭地管理与气候适应早期预警系统的补充工具。

研究背景与意义

热带泥炭地生态系统对气候变化极为敏感，极端干旱频发显著提升了林火与泥炭燃烧的概率，进而释放大量温室气体并造成跨境霾害。印度尼西亚的西亚克流域位于苏门答腊廖内省，是典型的热带泥炭主导流域，历史上曾发生严重火灾事件，但其未来干旱与火灾风险的系统性预估仍较薄弱。传统基奇-拜拉姆干旱指数（Keetch–Byram Drought Index, KBDI）最初基于美国佛罗里达亚热带气候条件开发，直接应用于热带泥炭区时存在水文与气象适应性不足的问题。已有热带改良版本虽在一定程度上提升了拟合效果，但大多停留在历史回溯分析，缺少结合CMIP6气候预估的前瞻性研究。因此，研究人员面向西亚克流域的气候与泥炭特征，开发了适用于当前与未来气候的非平稳dKBDI，以支撑火灾风险评估与早期预警。该研究成果发表于《Natural Hazards Research》。

关键技术方法

研究人员选取2003–2022年为当前时期（Current Period, CP），利用布阿坦气候站的逐日最高温度观测数据，并结合日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA）的全球卫星降水测绘产品（Global Satellite Mapping of Precipitation, GSMaP）的0.1°网格降雨数据，覆盖全流域122个网格。未来气候数据来自CMIP6的CanESM5模式，经SDSM降尺度至日尺度，包含三种SSP情景与三个未来时段。火灾热点与火辐射功率（Fire Radiative Power, FRP）数据来源于NASA的MODIS与VIIRS卫星产品。干旱指数开发过程中，研究人员基于西亚克流域的年均降雨与温度重新参数化KBDI的蒸散与土壤水分亏缺模块，形成dKBDI，并在CP中以2005年高火灾活动年份进行校准与验证，采用相关系数（R）、Kling–Gupta效率系数（KGE）、均方根误差（Root Mean Square Error, RMSE）及列联表指标等进行性能评估。

研究结果

3.1 水文气象条件

西亚克流域属赤道湿润气候，年降水量超过2000 mm，呈双峰型季节分布。CP内温度相对稳定，平均约27.9°C，但在2015年与2019年出现异常高温与降水减少，与厄尔尼诺事件密切相关。

3.2 火灾活动特征

火灾热点强度与降水呈显著负相关（R = -0.72），与温度的年内相关性较弱。2005年为CP火灾最频繁年份，热点集中在下游泥炭区，呈现与降水相反的季节性双峰分布，峰值出现在2月与8月。泥炭火灾多为阴燃，持续时间长且难以完全扑灭。

3.3 干旱指数性能

统计评估显示，dKBDI在2005年的R为0.414、KGE为0.404，优于原始KBDI、热带改良版KBDI_adj与泥炭版pKBDI。列联分析同样表明dKBDI在命中率与判别能力上表现更佳，但仍未达到理想阈值，说明其更适合作为风险指示而非单一确定性预测指标。时空分布上，dKBDI与火灾热点高度耦合，极端干旱区与高强度火点空间重叠明显。

3.4 未来时空分布

未来所有情景下极端干旱事件频率均上升，SSP5–8.5增幅最大。双峰干旱格局保持不变，但整体提前约一个月。极端干旱最早出现年份在各时段与情景下有所差异，总体趋势是随排放情景增强而提前。

讨论与结论

研究讨论指出，尽管未来年降水量预计增加，但因降雨集中度高、干期延长及气温升高导致蒸散增强，土壤水分亏缺依然显著，火灾风险并未因总雨量上升而缓解。政策干预与社区防火措施在2015年后有效降低了火灾频次，即使在高干旱年份亦如此，说明管理措施是降低实际火灾损失的关键补充。研究同时强调，气候非平稳性使得基于历史数据的静态管理策略逐渐失效，需要动态调整水资源分配与防火日历。

结论部分表明，dKBDI通过本地气候参数化，提高了在西亚克流域的适用性，可反映当前与未来干旱变化及其与火灾的关联。该指数适合作为热带泥炭区干旱与火灾风险评估的组成部分，但跨区域应用仍需重新校准。未来工作应融合更多人为活动因子，并在多模式集合框架下进一步提升预估可靠性。