文章信息：Vassilis Spyratos, Patrick S. Bourgeron, & Michael Ghil. (2007). Development at the wildland–urban interface and the mitigation of forest-fire risk. Proceedings of the National Academy of Sciences: 104(36), 14272–14276. https://doi.org/10.1073/pnas.0704488104

整理人：杨文，2023级硕士生

整理时间：2024年8月4日

Abstract：This work addresses the impacts of development at the wildland–urban interface on forest fires that spread to human habitats. Catastrophic fires in the western United States and elsewhere make these impacts a matter of urgency for decision makers, scientists, and the general public. Using a simple fire-spread model, along with housing and vegetation data, we show that fire size probability distributions can be strongly modified by the density and flammability of houses. We highlight a sharp transition zone in the parameter space of vegetation flammability and house density. Many actual fire landscapes in the United States appear to have spreading properties close to this transition. Thus, the density and flammability of buildings should be taken into account when assessing fire risk at the wildland–urban interface. Moreover, our results highlight ways for regulation at this interface to help mitigate fire risk.

摘要：这篇文章解决了荒地与城市交界处的发展对蔓延到人类栖息地的森林火灾的影响。美国西部和其他地方的灾难性火灾使这些影响成为决策者、科学家和公众的当务之急。使用一个简单的火灾蔓延模型，以及住房和植被数据，我们表明，房屋的密度和可燃性可以极大地改变火灾规模概率分布。我们强调了植被可燃性和房屋密度参数空间中的一个急剧过渡区。美国的许多实际火灾景观似乎在这一过渡期附近具有蔓延性。因此，在评估荒地与城市交界处的火灾风险时，应考虑建筑物的密度和可燃性。此外，我们的研究结果强调了在这个界面进行监管的方法，以帮助降低火灾风险。

图 模型中火灾蔓延的示意图

（a–c）火势蔓延在一个时间步长内从邻居到邻居。中央电池在步骤t是植被单元（a）、高度易燃的房屋单元（b）或防火房屋单元（c）。周围的细胞未燃烧，可能是植物或房屋细胞。红细胞着火了；黑细胞已经燃烧不能再燃烧；白细胞未燃烧。（d和e）火灾示例分布在整个模型景观中（p为0.35；d1为0.05）。红细胞是着火；黑细胞已经燃烧，不能再燃烧；绿色细胞未燃烧的植被细胞；黄色细胞是未燃烧的室内细胞。

图 对于不同的房屋密度d和不同的房屋可燃性，平均相对火灾规模〈S΄是植被火灾蔓延概率p的函数

大小〈S΄是燃烧细胞的平均数量除以细胞总数，p是火灾从给定的植被细胞蔓延到其八个最近邻居中的任何一个的概率。房屋占用单元的密度为d；对于不同的房屋可燃性，d=d0或d1。这里d0是所有防火房屋的密度（ph=0），d1是易燃房屋的密度。对于每个p值从0.0到0.9，以0.05为步长，d0或d1从0.0到0.4，以0.1为步长，计算1000次实现的平均火灾规模。黑色曲线适用于均匀、仅植被的火灾景观，d=0；橙色和蓝色曲线分别表示易燃或防火房屋，并在钥匙中定义了额外的符号。增加p或d1或减小d0都会增加平均火灾规模〈S΄；值得注意的是，在过渡区内，这种增长非常急剧。事实上，仅将p或d的值修改0.1通常就足以将过渡区内或附近景观的火灾蔓延特性从亚临界切换到超临界，反之亦然。

图 文中描述的五个火灾类别中的每一个景观的相对火灾规模S的直方图P=P（S）

这里NS是大小为S的归一化火灾数量，其中S被分类为100个单元的“单位”箱。直方图基于火灾蔓延过程的1000个实现。a-e中的火灾规模分布分别代表1-5级火灾的特征景观。这些直方图分别针对（p，d）=（0.25，0.0）、（0.30，0.0），（0.30，0.05）、（0.35，0.0）和（0.40，0.0）获得；图4a的状态图中显示了相应的点a-e。1类景观中的火灾不会达到大面积（a），而5类景观中几乎所有的火灾都覆盖了大部分区域（e）。火灾规模分布序列a–e详细说明了图2中所示的过渡区如何随着p或d的变化而交叉，即发生大火的概率急剧增加。

图 平均相对火灾规模S与植被可燃性p和房屋密度d的关系图；p、 d0和d1在图2的图例中定义

火灾等级1-5代表平均火灾规模的增加。图3显示了每种火灾等级（a中的a-e点）的火灾规模分布示例。过渡区由2级和3级火灾组成，由重实曲线p*=p*（d）隔开。a中的黑边矩形表示在我们的模型参数空间内，美国广泛分布的实际生态系统的估计范围（详见对现有数据和数据与方法的适用性）。从d1切换到d0对应于给定密度的房屋的防火。（b） 对于p=0.35和d=0.15的景观，粗体白色箭头显示了植被可燃性从p=0.35降低到0.20（燃料处理）以及房屋防火对平均火灾规模的影响。

原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.0704488104