美利坚合众国美国国家科学院院刊（PNAS）发表的一项新研究预测，野火和由此产生的有毒烟雾的未来将会严峻。 这是他们新近完成的研究的摘要：
全文研究出版物： https://www.pnas.org/content/118/2/e2011048118#F1
致命的全球野火增加
最近全球野火活动急剧增加和致命地增加，人们更加关注野火的成因，后果以及如何减轻野火的风险。 在这里，我们收集了有关美国野火变化的风险和社会负担的数据。 我们估计，美国目前在荒野与城市的交界处有近50万套房屋，每1年增加一百万套房屋。 为了说明野火活动的变化如何影响空气污染和相关的健康后果，以及这些联系如何指导未来的科学和政策，我们开发了一种统计模型，将基于卫星的火灾和烟气数据与污染监测站的信息联系起来。
在美国，野火占PM25颗粒物的比例高达2.5％
使用该模型，我们估计野火占了25％ PM2.5 近年来，在美国各地（直径小于2.5微米的颗粒物），在某些西部地区，这种情况高达一半，其环境烟雾暴露的空间格局不遵循传统的社会经济污染暴露梯度。 我们将该模型与典型方案进行了结合，显示出燃料管理干预措施可能具有巨大的健康益处，并且气候变化引起的野火烟雾对健康的未来影响可能接近气候变化造成的与温度相关的死亡率的总体预期增长，但两种估计值仍然存在不确定。 我们使用模型结果来强调未来研究的重要领域并吸取政策教训。
在过去四个十年中，美国野火造成的烧伤面积高达400％
在过去的四十年中，美国山火烧毁的面积大约增加了三倍（图。 1A）（1）。 这种快速增长是由多种因素驱动的，包括上个世纪以来由于灭火的遗留造成的燃料积累（2）以及最近的燃料干旱增加（图。 1B，显示在美国西部），这种趋势预计会随着气候变暖而持续下去（3, 4）。 这些增加与荒地与城市交界处（WUI）房屋数量的大幅增加同时发生。 利用美国各地的住所数据和最新的国家土地覆盖图，我们可以更新之前的研究（5, 6），并估计WUI目前有约49万套住宅，在过去的350,000年中，这个数字每年以大约XNUMX万套的速度增长（图。 1C 和 SI附录）。 由于消防工作主要集中在私人住宅的保护上（7），这些因素促使美国政府在抑制野火方面的支出稳定增长（图。 1D），最近几年的联邦支出总额约为3亿美元/年（1）。 在美国东南部，规定的烧伤总面积有所增加，但在其他地方则基本保持不变（图。 1E），这表明许多人认为，鉴于野火风险总体呈大幅增长，该风险缓解策略的投资不足（8).
车祸趋势和野火后果。 （A和B）美国公共和私人土地上的烧毁面积增加（A）（1）的部分原因是燃料干旱加剧，在美国西部（4）（B）。 （C和D）WUI中的房屋数量也迅速增加（C，根据我们的计算； SI附录），这导致联邦政府产生较高的抑制成本（D）。 （E）南部规定的烧伤面积已大大增加，但其他所有区域均持平（1）。 （F和G）全美国的吸烟天数有所增加（F），这可能破坏了美国整个空气质量的年代际改善（G）。 （H）我们计算出在整体中所占的比例在增加 归因于野火烟雾，在西方尤其如此。 每个图中的红色和蓝色线表示与历史数据的线性拟合，其中斜率在每个面板的左上角报告； 除南部以外地区的规定烧伤外，所有其他指标均显着不同于零（每个P <0.01）。 红线表示基础数据来自已发表的研究或政府数据，蓝线表示本论文的新颖估计。
越来越多的担忧
火灾活动的这种变化对整体空气质量和健康结果有何后果，政策应如何应对？ 野火活动的大量增加伴随着全美空气中烟雾的天数大幅增加（图。 1F），根据卫星数据（9）。 在整个美国大陆，不仅是在西方国家，都观察到了这样的增加，并且有可能使过去二十年来在美国各地观察到的空气质量显着改善（图。 1G）。 在美国南部和西部农村地区观察到的春季和夏季有机碳浓度呈上升趋势的时候，野火的指纹已经可见。SI附录，图S1），研究发现，空气中有烟雾会增加暴露人群的发病率和死亡率（10, 11).
人口中心面临的挑战
在理解野火活动不断变化对空气质量的广泛贡献方面，面临的一个挑战是难以将火活动与经常偏远的人口中心的相关污染物暴露准确关联（12）。 基于卫星的烟雾暴露测量越来越多，并且很有吸引力，因为羽流监测可以直观地将源和受体区域联系起来。 但是，此类数据尚不能用于精确测量烟雾密度或将表面水平的烟雾与大气柱中较高浓度的烟雾区分开，因此很难将其与现有的暴露-健康反应关系相联系（13, 14）。 化学运输模型（CTM）可以直接模拟野火排放的移动和演变，提供了一种将局部污染浓度与特定火灾活动联系起来的替代方法。 但是，要从CTM生成准确的暴露估计值，需要克服源与受体之间通路中的几个主要不确定性。 首先，野火排放清单的巨大不确定性已导致导致野火的许多方面的差异 当将不同清单用作同一CTM的输入时（全美范围内（直径小于2.5μm的颗粒物）浓度较高，并且在大火年的区域差异大于20倍）（15, 16），而将卫星观测结果整合只会稍微改善性能（17）。 其次，模型可能无法捕捉到围绕排放的详细条件，例如注入喷射的高度，非常局限的气象学及其传输，并且会极大地影响下游的暴露估算（18, 19）。 最后，大气化学的CTM表示可能无法准确捕捉野火烟雾的演变（20⇓⇓⇓–24）。 除了与模型有关的不确定性外，在较大的时空尺度上运行CTM的计算量也意味着，很少会针对美国数百个地面站提供的长期浓度测量序列对模型进行验证。
卫星烟羽图像
为了进一步了解野火对全美国颗粒物暴露的不断变化的贡献，并说明野火，污染和气候交汇处仍然存在的关键科学和政策问题，我们训练并验证了与卫星估算变化相关的统计模型烟羽暴露和地面活动的火源 美国各地区的浓度（SI附录，图S2）。 我们的模型经过专门训练，可以预测 随着时间的流逝，人们会在许多地方开始使用这种变化，人们越来越多地利用这种变化来了解空气污染物的变化如何影响关键的健康结果。 我们的方法不依赖于不确定的排放量清单，并且减轻了羽流扩散模型的困难，并且可以轻松地针对十多年未训练模型的地面数据来验证结果。 模型估算对于结合火灾和羽流数据的替代方法具有鲁棒性（SI附录，图S3和表S1-S3）和预测整体变化的效果 与基于基准的遥感方法（SI附录，图S4），并且超出了CTM的报告性能（SI附录）。 我们将这种简化形式的方法的估计值与文献中其他地区特定的烟雾浓度估计值进行了比较，发现我们的方法对总体烟气排放量的份额提供了相似的估计值 烟尘，因为最近的研究涉及较小的区域或时期（SI附录，图S5).
来自西部大火的PM2.5贡献了西方所有PM2.5的一半
我们的结果表明，野火烟雾对PM的贡献2.5 自2000年代中期以来，美国的浓度水平已大幅增长，近年来已占整个PM的一半2.5 与十年前不到20％的西部地区相比（图。 1H）。 烟雾对PM的贡献增加2.5 集中在美国西部，也可以在其他地区看到（图。 2 A 和 B），这是大火冒烟的长途运输的结果。 实际上，在美国的中西部和东部地区，据估计，越来越多的烟雾来自美国西部或美国以外的大火（13）（图。 2 C 和 D），反映了有关整体跨界转移的实质性最新发现 在美国（25）。 暴露方式也与环境正义辩论有关：我们发现，虽然非西班牙裔白人在人口中所占比例较高的县在总人口中所占的比例较低 早已在环境正义社区中得到认可，但实际上它们在环境中的平均暴露程度更高 来自野火烟雾（图。 2 E 和 F）。 这些差异如何基于环境烟雾 暴露转化为实际的个体暴露将取决于多种个体因素，包括在户外度过的时间差异以及室内家庭和工作环境的特征，其中许多因素可能与社会经济因素相关。 例如，对于老旧，规模较小的房屋和低收入家庭，室外污染物向房屋的渗透平均已知较高（26），并且即使环境暴露没有不同，这些差异也可能导致整体个体暴露差异。
野火烟雾的数量，来源和发生率。 （A和B）每立方米的平均预测微克 根据根据卫星衍生的烟羽数据拟合的统计模型计算得出，可归因于2006年至2008年以及2016年至2018年的野火烟雾。 （C）2007年2014月至XNUMX月至XNUMX年（美国）产生的来自美国境外的烟雾份额 13），东北和中西部的大量烟尘来自加拿大大火，东北约60％的烟尘来自国外； 在全国范围内，估计约有11％的烟雾来自国外。 （D）2007年2014月至54月至0.01年XNUMX月来自美国西部的烟雾比例。来自美国西部的烟雾占美国其他地区所经历烟雾的XNUMX％。 （E和F）与总颗粒物相比，烟雾中颗粒物的种族暴露梯度相反：在整个美国，非西班牙裔白人人口比例较高的县的平均颗粒物暴露较低，但对烟雾中的颗粒物（两种关系的P <XNUMX）。
未来的政策选择是什么？
这些趋势和模式凸显了现行空气质量法规与野火烟雾日益加剧的威胁之间的紧张关系，并提出了重要的未解决研究问题，这些问题对于告知政策选择至关重要。 美国当前的监管方法主要将空气质量视为一个局部问题，如果污染物浓度超过指定的短期或长期阈值，则对县进行处罚。 根据《清洁空气法》的现行法规还可能免除野火烟雾（但不包括规定燃烧产生的烟雾）的指定成就。 这些方法与越境性质和野火烟对空气质量的日益增长的贡献相悖。
为了更好地指导政策，首要的科学贡献将是更好地量化烟雾暴露和商定的用于验证这些暴露的方法。 基于统计和基于交通的接触评估方法都有其长处和短处，应根据与下游健康应对措施相关的指标来评估两者的性能。 特别是，为了将烟雾暴露与潜在的混杂因素隔离开，最近的健康影响研究中的大多数统计方法都使用污染暴露随时间的变化来估计对健康的影响。 这意味着应该评估用于估计健康影响的烟雾模型的预测时间变化的能力。 在相关位置，而不仅仅是 水平; 现有的大多数验证工作都集中在后者上。 为了防止过度拟合，必须对模型训练中未使用的地面数据进行评估。 我们的模型显示相对简单的统计方法如何合理准确地预测基于烟雾的 ，但这种方法（无论是单独使用还是与CTM结合使用）都可能会大大改善。 [[虽然我们在这里不考虑它们，但野火活动的增强也可能通过增加径流量以及随后的颗粒，微量金属和化学物质的悬浮而对水质产生有意义的负面影响（27）; 更好地衡量这些暴露及其对健康的影响是另一个重要的研究领域。]
第二个关键的科学问题是对野火烟雾的健康应对措施的性质。 越来越多的证据表明，与野火烟雾接触相关的一系列负面健康后果（10, 28），与有关污染空气对健康的更广泛后果的大量文献一致。 最新证据表明，没有“安全”水平接触关键污染物，例如 (29, 30），但是在低暴露水平下，污染与健康反应功能的形状差异可能会对减少污染的收益产生重大影响。
为了说明这种敏感性，我们将根据统计模型预测的污染变化与最近发布的三个死亡率响应函数（29, 31, 32）模拟因各种变化而预测的老年人死亡率变化 减轻野火烟雾引起的暴露。 以现有的有关规定燃烧如何减少随后的野火活动的估计为指导（33）（SI附录），我们评估程式化的场景，在这些场景中，使用规定的燃烧会改变年度分布和总量 从烟。 在已发布的响应函数中，对于给定的烟雾变化，老年人每年可挽救的生命数量估算值相差3倍，这意味着在减轻烟雾效益方面，平均差异很大（图。 3）。 也缺乏某些人群是否更容易接触烟雾的证据（10, 28).
烟雾暴露量变化对健康的影响取决于假定的剂量反应功能以及管理或气候驱动的烟雾变化量。 （A）的分布 在几种程式化的野火管理策略和气候变化情景下，连续2006年至2018年美国所有网格单元年 SI附录 有关详细信息）。 总预测的基线分布 所有来源均为黑色。 灰色分布显示了与总体烟雾相关的时间和/或数量的替代方案 通过管理干预措施改变或由于气候而增加，包括（假设）完全消除烟雾 。 （B和C）每种管理策略在美国65岁以上人口中避免的过早死亡的年度数量，通过将 长期发布的A中的分布 C中描述的曝光-响应函数（29, 31, 32).
野火管理策略
减少烟雾对健康的巨大潜在好处也引发了有关野火管理策略的关键问题。 例如，现有证据并未全面了解给定的处方燃烧干预措施将如何改变烟雾的时间，数量和空间分布，我们发现对处方燃烧在减少随后的野火规模方面功效的替代估计（33）可能会导致处方烧伤的估计健康益处超出两倍以上（图。 3）。 同样，当前的灭火工作可以理解为集中在保护房屋和建筑物上，但是不威胁建筑物的严重污染的野火对整体健康的影响可能比威胁建筑物的较小火灾对整个人类健康的影响要差得多。 此外，燃料管理活动的目标是当地社区的保护和生态系统的利益，没有考虑野火对大批人口的下游影响。 需要额外的定量工作来帮助克服这些困难的权衡。
第三个关键问题是来源是否不可知 -健康响应功能适合于估计野火烟雾对健康的影响。 尽管通常假设，但有关野火烟雾对健康的影响是否与暴露于其他来源的野火有不同的现有文献 (34），并且有证据表明差异是针对特定结果的（35）。 对此主题的科学改进（包括在专门的监测中进行必要的投资以区分特定于野火的污染物）对于理解野火的影响至关重要。
第四，气候变化和野火风险的相互作用如何影响政策重点？ 气候变暖是美国燃烧面积增加的一半左右（4），并且未来的气候变化可能导致易火地区与野火相关的颗粒物排放量再增加一倍（36）或燃烧面积成倍增加（37, 38）。 这些增加的成本包括下游接触烟雾的经济和健康成本，以及抑制活动的成本，生命和财产的直接损失，以及其他具有广泛经济后果的适应性措施（例如，停电）。 目前尚不清楚，考虑这些与野火有关的费用是否会有意义地增加气候变化造成的估计总体经济损失。
这将花费什么？
为了开始量化由气候引起的野火增加的可能成本，我们使用统计模型和程式化的方案来计算烟雾暴露的变化以及与预计的野火风险增加相关的死亡率。 使用未来烟尘的预计增长大致与现有文献一致（36⇓–38），我们计算得出，由气候变化引起的野火烟雾所致的死亡率增加可能接近与温度相关的死亡率的预计总体增加量，而死亡率本身是美国造成经济损失的最大估计值（39）（SI附录）。 需要进行更详细的研究，以根据其数量，其地理位置的特殊性以及可能受影响最大的特定亚人群来完善这些估算。 一个关键的相关政策问题将是，是否以及在何种程度上修改针对因野火烟尘造成的污染影响而授予各州的《清洁空气法》的当前例外，因为这些例外会削弱旨在减少污染的努力的收益。 来自其他污染源。
野火与Covid-19感染之间有什么联系？
最后，野火以需要进一步研究的方式与COVID-19大流行强烈相互作用。 COVID-19在一定程度上阻碍了政府和私营部门在发生火灾之前，期间和之后应对野火风险的能力。 西方许多地方的2020年野火季节的规模，尤其是在2019年至2020年雨季的干旱期间，在2018年至2019年相对潮湿的季节燃料堆积，这带来了特别严峻的挑战。 旷野消防员的培训被推迟或有时被取消，由于为避免COVID暴发而从州监狱提早释放，定罪的消防员无法使用，冬季和春季未进行许多燃料管理治疗，公用事业在减少野火风险方面至少面临一些延误，由于野外疏散要求导致疏散中心的能力降低，传统的野火疏散方法被证明更具挑战性。 目前尚不清楚，但历史悠久的火灾季节以及随之而来的烟雾影响也可能使与COVID相关的健康后果恶化，因为早期证据表明，暴露于空气污染会增加美国的COVID病例和死亡人数（40, 41）（与污染与其他病毒性呼吸道疾病之间的关系相符的发现）（42, 43）。 对空气污染对COVID结果（包括野火造成的影响）的更好因果关系理解是一项紧迫的研究重点，而且学者们提供了有关如何最好地研究空气污染/ COVID关系的指南（44）。 随着大流行的继续，这项研究的发现对于指导受劳工和财政约束的消防工作以及为管理战略提供燃料可能是重要的。
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