Nature : 全球荒地与城市交界区域
期刊：Nature
英文题目：The global wildland-urban interface
中文题目：全球荒地与城市交界区域
作者（前三）：Franz Schug1, Avi Bar-Massada, Amanda R. Carlson
发表日期：2023年7月19日
摘要：荒地与城市交界区域（Wildland–Urban Interface, WUI）是指建筑物与荒地植被相接或混杂的区域。这些区域往往是人类与环境冲突和风险的集中地，例如因野火造成的房屋和生命损失、栖息地的丧失与碎片化，以及人畜共患疾病的传播。然而，全球范围内关于WUI的系统性分析一直缺乏。在本文中，作者基于遥感数据集，展示了2020年全球WUI的10米分辨率地图。作者发现，WUI是一个全球性现象，识别了许多之前未被记录的WUI 热点，并突出了不同地区WUI在人口密度、土地覆盖类型和生物量水平方面的广泛差异。WUI仅占全球陆地面积的4.7%，但居住着近一半的人口（35亿）。WUI在欧洲尤其广泛（占15%的陆地面积）以及温带落叶林和混合林生物群落（占18%）。在2003至2020年间发生野火的区域，约有六成的居民生活在WUI中，其中大多数位于非洲（1.5亿人）。鉴于预计气候变化将在许多地区增加野火发生可能，理解WUI变化的驱动因素——住房增长和植被模式，变得尤为重要。
研究背景：
人类在近几个世纪对地球陆地表面产生了巨大影响。特别是建筑环境的扩展、定居点的增长及其长期资源需求在全球范围内发生了剧烈变化。定居点的增长可能通过远程联系的过程产生间接影响，但最直接的人类与环境冲突往往发生在人类建筑与荒地植被交界或接近的地方，这一地区被称为荒地与城市交界区域（WUI）。然而，WUI的全球分布尚不清楚。
WUI 因其靠近自然资源而成为许多人理想的居住地，但它也是一个充满多重危险的区域，对人类和自然生态系统构成威胁。野火是对房屋和生命的特别威胁，通常由人为引发，并且随着定居点扩展到依赖火灾的生态系统，火灾的发生模式发生了变化。建筑物本身作为燃料，加上火势迅速蔓延，使得疏散变得困难。事实上，由于住房的增长和气候变化，WUI 地区的野火数量在过去几十年中有所增加。其他对人类或环境的威胁包括由于栖息地丧失和碎片化导致的生物多样性和碳储存损失、猫狗捕食野生动物、光污染和噪音污染、外来物种入侵、动物传染病传播风险的增加以及水文变化。定量评估这些风险需要对 WUI 进行一致的全球评估。这一点尤为重要，因为随着人口的增长，居住在 WUI 地区的建筑和人群数量预计将增加，而且气候变化预计将进一步增加许多这些风险的可能性，例如野火的频率和强度。
在本文中，作者使用基于遥感的建筑面积和荒地植被数据集，采用全球一致且经过验证的方法，展示了2020年WUI的全球地图，分辨率为10米。作者将WUI分为两种类型：交融型WUI（建筑物与荒地植被交织在一起）和接壤型WUI（建筑物靠近大片荒地植被区域）。作者进一步区分了以森林、灌木丛和湿地为主的WUI与以草地为主的WUI。然后，作者根据每个国家和生物群落的生物群落定义，概述了WUI中的人口和生物量。为了识别WUI中的火灾风险区域，作者利用两种基于遥感的数据集——2003至2020年的MODIS活跃火灾数据和2013至2020年的VIIRS活跃火灾数据，评估了野火发生情况。通过主导土地覆盖类型识别WUI类型，有助于对WUI中火灾风险的区域化评估。
研究结果：
结果1：全球WUI分布与特点。
作者发现，2020年全球WUI总面积为630万平方千米，占全球陆地面积的4.7%，是全球城市面积的10倍或是印度面积的两倍。全球WUI中交融型和接壤型WUI的陆地比例分别为3.6%（480万平方千米）和1.1%（150万平方千米）。其中，三分之二的WUI地区以森林、灌木丛和湿地为主，三分之一以草地为主。全球有35亿人生活在WUI中（其中17亿人生活在交融型WUI，18亿人生活在接壤型WUI），三分之二的人口生活在以森林、灌木丛和湿地为主的WUI中。总的来说，全球近一半的建筑物和人群可能会受到WUI中集中存在的各种人类与环境危害的影响。然而，WUI中仅包含全球总地上植物生物量的4.1%，其中大部分位于交融型WUI。
结果2： WUI的区域差异与热点国家。
WUI 分布遍及全球所有大洲，但大洲内部WUI的分布极为不均。北美太平洋沿岸、东海岸和加勒比地区、巴西海岸、欧洲、西非、南非和东非地区，包括尼日利亚和乌干达、东南亚以及澳大利亚等地都存在大面积的WUI（图1a）。在这些地区中的一些地方，如加利福尼亚、地中海欧洲或南非，WUI的研究已相当深入，因为这些地区的许多建筑和居民受到野火的影响。在许多其他地方，包括东非、巴西或东南亚，尚未报道广泛的WUI。在世界上人口最多的两个国家中，中国的南方和东部地区存在大面积的WUI，这在文献中尚未被记录。然而，印度的WUI面积较小，主要集中在东南部和喜马拉雅山区，可能是因为其他地区的耕地密度较高，缺乏足够的荒地植被来形成WUI。
作者根据WUI面积和野火发生情况选择了12个热点国家进行深入研究：乌干达、黎巴嫩、斯里兰卡、日本、法国、波兰、牙买加、萨尔瓦多、印度尼西亚、菲律宾、巴西和厄瓜多尔（图1b–g，扩展数据图1和图2d–f）。乌干达、斯里兰卡、牙买加和萨尔瓦多的WUI人口比例特别高（>80%），并且这些地区有许多人自2003年以来遭遇了火灾（例如，乌干达有870万人，萨尔瓦多有140万人）。黎巴嫩的WUI生物量比例特别高（60%），因为大部分WUI位于沿海地区，那里生物量集中。在日本，超过一半的野火发生在WUI中，且大多数居住在WUI中的人生活在接壤型区域，因为定居点通常有明确的边界，并与荒地植被接壤。法国和波兰的WUI面积和人口中，草地型WUI的比例尤其高。在印度尼西亚、菲律宾、巴西和厄瓜多尔，WUI面积虽小，但有很大比例的人口生活在这些小范围的WUI区域，并且受到野火的影响（根据国家不同，受影响的人口在70万至1310万之间）。这些不同的WUI模式反映了WUI发展的多样化原因，并强调需要采取不同的管理措施来减轻WUI中集中的人类与环境冲突。
图 1 全球荒地与城市界面
a，2020年左右每个对角线长度为50公里的六边形所占WUI的面积份额（%）。b–g，牙买加(b)、巴西(c)、法国(d)、乌干达(e)、斯里兰卡(f)和印度尼西亚(g)部分地区10m分辨率的WUI和非WUI地图
结果3： WUI 与生物群落、野火风险
全球WUI面积主要集中在少数生物群落中（图2g–i和扩展数据图2）。温带落叶林和混合林仅占全球陆地的9%，却包含35%的WUI面积；亚热带和热带湿润广叶林占全球陆地的15%，却包含26%的WUI面积。相比之下，沙漠和干旱灌木丛覆盖全球20%的陆地，却仅占3%的WUI面积。不同生物群落中WUI的分布差异导致野火风险的不同。在亚热带和热带湿润广叶林等WUI广泛分布的地区，野火风险较高；而在寒带森林/针叶林和沙漠等区域，尽管WUI面积较小，但人类和野火的集中度仍然导致较高风险。
图2 按世界地区、选定国家和生物群落划分的WUI面积、人口和生物量
a–i，WUI面积占陆地总面积的比例（a、d、g）、WUI内人口比例（b、e、h）以及世界各区域WUI内生物量比例（a–c），所选国家（d–f）和生物群落（g–i）（按纬度如参考文献36所定义），d、e和f中的灰色阴影条突出显示世界区域。F/S/W：以森林/灌木丛/湿地为主。
图3按生物群落划分的 WUI 面积份额
每个生物群落的四个映射 WUI 类别总数的面积百分比。黑线：Olson 等人定义的生物群落边界。随着气候变化、更多人为点燃和燃料积累，全球WUI地区的野火频率、强度和季节性长度增加。2003至2020年，全球WUI地区的野火数量显著增加，尤其是在建筑物数量和人口增多的地区。全球温度上升导致火灾季节更加频繁和严重，对人类和自然环境的威胁加大。为了应对这些变化，需要采取更有效的政策和管理措施，包括加强防火基础设施建设、改善土地使用规划，并提高社区对野火风险的认知（图3c）。
图4 WUI 发生野火
a，WUI 内野火区域的比例。b、世界各地区 WUI 内距其家 1 公里范围内经历过野火的人口比例 (%) 和总人数。c，按参考文献定义的按生物群落（按纬度）划分的 WUI 内受野火影响的人口比例 (%) 和总人数。根据 2003 年至 2020 年 MODIS 主动火灾探测数据。作者分析了 1 公里网格中的活跃火点数据，并将至少发生过一场火灾的所有网格单元视为野火区域，并将居住在2003 年至 2020 年发生火灾的网格单元中的受野火影响所有人员考虑在内。使用 2013 年至 2020 年 VIIRS Active Fire 数据确认了相对模式（补充数据 B–E）。
不同生物群落中的WUI区域在野火风险和对人类影响方面差异显著。在某些生物群落（如苔原、沙漠和干旱灌木丛），WUI中的野火并不普遍，受影响的人口较少。而在如地中海森林、林地和灌木丛等WUI面积较小但频繁发生严重野火的地区，风险较高。尤其是在北方森林/泰加林和亚热带湿润广叶林等生物群落中，WUI人口比例较大，且在2003至2020年间，大多数受影响的人都生活在WUI中。随着野火频率和强度的上升，未来这些地区的火灾风险将进一步增加，特别是温带阔叶林、混交林和亚热带湿润广叶林等，预计将有更多人受到影响。
研究意义：
气候变化、人口增长和土地利用变化等因素使得 WUI 地区的野火风险不断增加。作者的研究显示，草原等生态区可能会对气候变化做出更快速的反应，甚至是气候的轻微变化都能引发火灾，而草本植物在经历长时间降水期后则能迅速生长，增加火灾发生的可能性。考虑到全球 15%的人口生活在草原主导的 WUI 地区，未来草原火灾的增加可能会成为重大挑战。因此，WUI 地图不仅有助于识别气候变化、人口增长、土地利用变化等因素对野火风险的影响，还能为各地区提供更具针对性的火灾防范策略。
创新之处：
作者的WUI地图提供了准确、高分辨率的全球视角，揭示了这一类型的土地利用并且覆盖了全球近半人口。该地图在各个地区的整体准确度较高，尤其在非洲和澳大拉西亚等区域，提供了重要的火灾管理信息。WUI地图对于识别气候变化、人口增长、土地利用变化、日益增加的野火以及其他灾害可能带来的最严重问题具有重要价值。
文献来源：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06320-0
声明：以上中文翻译为译者个人对于文章的概略理解，论文传递的准确信息请参照英文原文。
撰稿：冯鹏飞
初审：任杰
审核：杜军
终审：鲁鹏