摘要:火灾对房屋的风险正在增加，特别是在野生地-城市交界区（WUI）——即野生植被与房屋紧密相邻的区域。值得注意的是，我们发现，与森林火灾相比，美国更多的房屋面临草原和灌木丛火灾的威胁，并且这些火灾也摧毁了更多房屋。虽然森林火灾造成的毁坏更为严重，但它们涉及的 WUI 面积较小。自 1990 年代以来，火灾范围内的房屋数量已增加了一倍，这既与住房增长（47%的新增暴露房屋）有关，也与燃烧区域的扩大（53%）有关。大部分暴露的房屋位于 WUI 区域，且该区域在 2010 年代大幅增长（新增 260 万座 WUI 房屋），尽管增长速度不如以前那般迅猛。然而，任何 WUI 区域的扩展都会增加火灾对房屋的风险，同时，更多的火灾也会增加现有 WUI 房屋的风险。
Volker C. Radeloff et al. ,Rising wildfire risk to houses in the United States, especially in grasslands and shrublands. Science382,702-707 (2023). DOI: 10.1126/science. Ade9223
引言
野火对人们及其房屋构成了重大风险，这种风险集中在野生地-城市交界区（WUI），即野生植被与房屋紧密相邻的区域。过去几十年里，美国对野火风险的关注迅速增长，2010 至 2022 年间，超过 55,000 座房屋被火灾摧毁，这主要由于每年燃烧面积的快速增加以及 WUI 区域房屋数量的增加。然而，尽管人们对野火风险广泛关注，但不同植被类型和 WUI 区域火灾蔓延的模式及房屋暴露情况尚不清楚。本研究基于 1990 至 2020 年间美国野火发生和 WUI 扩展的三十年数据，探讨了这些趋势。
野生植被类型对火灾行为有重要影响。森林中的冠火具有最高的火灾强度，并能产生大量的火星，这些火星可以点燃远离火源的房屋。然而，草原和灌木丛火灾在风速较强时蔓延速度极快，2021 年科罗拉多州博尔德附近的马歇尔火灾就是一个例子，它摧毁了超过一千座房屋。此外，草原和灌木丛地区的可燃物恢复较快，这些地区在几年内可能会再次发生火灾，因此与森林相比，这些地区需要不同的风险管理策略。我们的第一个目标是评估哪些植被类型主导了：（i）火灾，（ii）火灾摧毁房屋的周围区域，以及（iii）WUI 的整体情况。
房屋暴露于火灾中的风险代表了已实现的风险，这种风险可能通过住房增长或燃烧面积增加而上升。在过去的 50 年中，美国的住房增长远远超过了人口增长，这主要由于家庭规模的缩小和第二套住房的增多。与此同时，由于可燃物积累、人为引发的火灾以及西部地区春季雪融提前和长期干旱的影响，燃烧面积大幅增加。我们的第二个目标是：（i）确定房屋暴露于火灾的增长幅度，（ii）分析这一增长是否主要由住房增长还是燃烧面积增加导致，（iii）调查火灾发生后，多少房屋是在火灾范围内建造的。
尽管许多房屋已经暴露于火灾中，但仍有更多房屋面临风险，这也是 WUI 扩展引起关注的原因。事实上，在 1990 年代和 2000 年代，WUI 是美国增长最快的土地覆盖类型。然而，2008 年经济衰退后，住房建设急剧下降，火灾的增加可能会减缓 WUI 的增长，因为一些房主可能会选择在非 WUI 地区建房，或地方规划者限制 WUI 地区的开发。我们的第三个目标是：（i）量化 WUI 区域和房屋的总体增长，（ii）比较不同地区的模式，以及（iii）评估 2008 年住房市场低迷的影响。
结果
野火范围内的植被类型与 WUI 中的植被类型
在1990至2020年间，美国大陆的野火中，草原和灌木丛占据了64.0%的燃烧面积（3370万公顷），森林仅占27.3%（1440万公顷），其余土地类型占8.7%（460万公顷）（图1A）。在WUI（野生-城市交界区）中，草原和灌木丛主导了火灾发生，尤其在美国西部。例如，在加利福尼亚州，52.3%的交错型WUI是草原和灌木丛，远超森林的30.1%（图1G）。尽管森林在交错型WUI中占比略高（53.8%），草原和灌木丛火灾仍主导了大多数年份的燃烧区域和发生火灾的交错型WUI区域（图1D和1E）。然而，这一趋势未随着时间推移加强，野火面积和火灾中房屋数量从1990至2020年大幅增加（图1F）。
植被类型显著影响火灾强度和房屋毁坏的速率。2000至2013年间，151,725座建筑物暴露于野火中，其中11.3%被毁（图1H）。常绿森林和混交森林中的房屋毁坏率几乎是其他植被类型的两倍（分别为20.1%和22.9%），而草原和落叶森林的毁坏率则较低（分别为8.0%和3.3%）。根据逻辑回归分析，距离建筑物1公里以内的这些植被类型的比例是建筑物损失的显著预测因子（p < 0.0001；表S1）。尽管草原和灌木丛火灾的总面积远大于森林火灾，63.7%的被毁房屋位于草原和灌木丛区域，而仅33.1%位于森林区域。西部地区的火灾摧毁了更多房屋，79.5%的毁坏建筑物是由草原和灌木丛火灾造成的。总体而言，常绿森林或混交森林中的火灾对单个房屋构成更大威胁，但草原和灌木丛火灾摧毁的房屋数量更多，因为这些火灾更加广泛。
火灾范围内的房屋数量增加：火灾前后
美国大陆地区暴露于野火中的房屋数量在 1990 年代到 2010 年代大幅增加，从 1990 年代的 64,000 座增至 2000 年代的 109,000 座，再到 2010 年代的 148,000 座，其中四分之三位于交错型或界面型 WUI（74.9%）。这一比例保持稳定，凸显了 WUI 作为野火关注重点区域的重要性。房屋暴露于火灾中的增加既来源于住房增长，也来源于燃烧面积的扩大。2010 年代的 148,000 座房屋中，39,000 座为 1990 年后建造，占增长的 36%。然而，燃烧面积的增长更为迅速，从 1990 年代的 114,000 平方千米增加到 2010 年代的 274,000 平方千米，增长了 240%。相较于 1990 年代火灾范围，2010 年代火灾范围内新增的 84,000 座房屋中，约 47%与住房增长相关，其余 53%与燃烧面积增加有关。尽管暴露于野火中的房屋数量增加，新建房屋依然出现在燃烧区域。过去发生火灾的区域在火灾后经历了更高的住房增长率，1990 年代和 2000 年代的火灾范围内，住房增长分别为 120%和 33%，远高于美国大陆地区整体的 37%和 21%。1990 年代的火灾范围内，房屋数量从 64,000 座增至 2020 年的 142,000 座；2000 年代的火灾范围内，从 109,000 座增至 145,000 座。这些数据表明，尽管野火频发，过去发生火灾的区域并未有效阻碍住房开发。
WUI 总体增长
由于燃烧面积和暴露于火灾中的房屋数量都大幅增加，而火灾范围内的四分之三房屋位于交错型 WUI（intermix WUI）区域，我们研究了整体 WUI 的增长情况。从 1990 年到 2020 年，美国总的 WUI（包括界面型和交错型）面积增长了 31%，WUI 房屋数量增长了 46%，从 3000 万增加到 4400 万（图 2）。在美国大陆地区，2020 年总 WUI 内比 2010 年多出了 260 万座房屋，其中加利福尼亚州增加了 24.4 万座。此外，WUI 的增长主要集中在美国南部。2010 年代，德州增加了 53.4 万座 WUI 房屋，远高于 1990 年代的 33.6 万座。因此，到 2020 年，美国大陆地区、加利福尼亚州和德州的总 WUI 内分别有 4410 万、510 万和 320 万座房屋。
然而，2020 年代总 WUI 的增长速度较之前两个十年有所放缓，无论是房屋数量还是面积（图 3A 至 D 及图 S1 至 S5）。2020 年代新增的 WUI 房屋数量减少了超过一半（从 2010 到 2020 年增加了 260 万座，而 1990 到 2010 年每十年增加 570 万座；图 1E），总 WUI 房屋增长的速度也下降了近三分之二（从 6.3%降至 17.4%）。此外，与 1990 至 2010 年每十年增加 88,000 平方千米的 WUI 面积相比，2010 年代的 WUI 面积仅增加了 3900 平方千米，因为几乎所有新的 WUI 房屋都建在 2010 年已经是 WUI 的区域。与总 WUI 增长速度放缓相伴随，2010 年代 WUI 成为新建房屋增长的重点区域的程度也有所下降。新建房屋中有 29.9%建在 WUI 内，低于前两个十年的 38.9%。同样，加利福尼亚州的新建房屋中，有 34.3%建在 WUI 内，而前两个十年的平均比例为 48.3%。然而，这一趋势并不均匀。在德州，2010 年代总 WUI 的住房增长几乎是非 WUI 区域的两倍（分别为 20.3%和 10.6%），并且在德州，93.3%的新建房屋是在 WUI 内。
总 WUI 增长放缓的原因之一是美国 2008 年房地产市场崩溃极大限制了随后的新建房屋数量。从 2005 年的 220 万套新建房屋许可大幅下降到 2008 年的 90.5 万套，2009 年降至 58.3 万套，下降幅度达 73%（图 3G）。然而，由于强劲的需求和高房价，新建许可数量已经反弹，接近 2008 年前的峰值（2021 年为 170 万套，占峰值的 81%）。从区域来看，南部地区恢复最快（达到峰值的 88%），这也促进了南部地区总 WUI 的快速增长，而中西部地区恢复最慢（达到峰值的 64%）。所有新建许可中有三分之二是单户住宅（64.2%），尽管这一比例低于衰退前的 78%（2005 年），在东北部，单户住宅的比例下降至 39.5%。多户住宅的增多可能是 WUI 面积增长放缓的一个原因。COVID-19 疫情也可能影响了 WUI 住房数量。我们分析的美国人口普查数据并未捕捉到因疫情导致的住房模式变化，因为普查的登记日期为 2020 年 4 月 1 日，但其他证据表明，确实存在大规模向乡村地区迁移的现象。
讨论
我们的研究结果突显了WUI（防火区）内房主和社区面临的火灾风险显著增加。在许多WUI地区，火灾的发生已不再是“是否”而是“何时”发生。因此，为减少火灾期间的生命和财产损失，采取积极的防火措施显得尤为重要。一种可行的策略是通过房屋硬化来降低火灾损毁。尽管仅有11.3%的火灾范围内的房屋会被烧毁，大多数房屋能够幸存，这表明进一步减少损失的潜力依然存在。建筑材料、景观设计和房屋的地理位置都对房屋的生存能力有重要影响，尤其在高风条件下，限制火源的发生同样至关重要。研究还发现，草原和灌木丛火灾造成的房屋损失远超森林火灾，这主要是因为美国西部的WUI大部分由草原和灌木丛主导。在这些地区，火灾传播的速度和管理策略的选择与森林地区截然不同。草原和灌木丛地区需要采取更频繁的规范性火灾来进行燃料处理，而森林地区则可通过间伐来减少燃料负荷，降低树冠火的风险。
尽管未来WUI总面积的增长可能加剧火灾问题，但已有4410万座房屋位于WUI中，意味着火灾风险将持续存在。为减少新建房屋的火灾风险，可以通过加强建筑标准和土地利用规划来避免在高风险区域进行建设。例如，加利福尼亚州已有全面的建筑要求，但其他许多州尚未采取类似措施。通过加固现有房屋、保持防火空间以及提高房主火灾意识，可以减少火灾的影响。此外，加强社区参与和实施火源管理，如燃料隔离带，将进一步降低火灾风险。尽管火灾是最紧迫的问题，WUI地区还面临许多其他环境挑战，包括栖息地破碎化、生物多样性丧失和外来物种入侵等。未来，WUI的增长不仅会加剧火灾风险，还可能带来更多环境问题。因此，需要通过政府间合作和多方利益相关者的共同努力来应对这些挑战。
方法
本研究利用了多个数据集，包括来自美国人口普查的住房数据（1990年、2000年、2010年和2020年）、来自火灾燃烧严重性监测程序（MTBS）的火灾边界数据、来自2019年国家土地覆盖数据集（NLCD）的土地覆盖数据以及美国人口普查局的建设许可数据。美国人口普查提供了完整的住房单元数据，为了弥补不同十年间人口普查区块之间的差异，本研究对这些数据进行了调整。研究根据NLCD数据的植被分类和野生植物区域的接近度，定义了野生-城市交界区（WUI），并将其分为“交错型”和“接界型”两类。
研究绘制了1990年到2020年间WUI的变化，分析了住房单元和WUI区域的净变化。还分析了火灾边界内的住房单元，通过火灾边界和人口普查区块内的住房密度估算了住房的暴露情况。通过研究1990到2020年间的MTBS火灾边界，本研究区分了住房增长和燃烧区域增加的影响，并详细计算了两者对住房暴露于火灾的增加的贡献。
为了评估火灾中住房的破坏情况，研究利用Google Earth的高分辨率卫星图像对火灾前后的建筑物进行了数字化。在模型中，利用逻辑回归分析了不同植被类型对建筑物破坏的可能性的影响，包括落叶林、常绿林、灌木丛、草地和湿地等植被类型。模型中未检测到显著的共线性或空间自相关。