東北地區(qū)火險時空特征分析

1、第 頁 共 14 頁東北地區(qū)火險時空特征分析1 研究區(qū)概況我國東北地區(qū)包括東北三省和內(nèi)蒙古東部，這里是我國森林面積最大的區(qū)域。大、小興安嶺和長白山呈馬蹄形環(huán)繞在廣闊富饒的東北大平原的西、北、東部，南臨黃、渤海；地處溫帶，氣候溫和濕潤，發(fā)育著黑龍江、烏蘇里江、松花江、遼河、鴨綠江等水系，資源豐富。雖然地理條件復雜，但其內(nèi)部具有相對一致性和相似性，而與周圍地區(qū)又具有一定的獨特性和差異性，因而東北區(qū)形成了一個完整的自然地理區(qū)域1。該區(qū)山地海拔300 - 1600米，平原地區(qū)海拔35 - 200米。本區(qū)植被按區(qū)系組成，大致可分為三大部分，即達烏里區(qū)系、長白區(qū)系和蒙古區(qū)系。它們分別和寒溫帶針葉林、溫帶針

2、闊葉混交林和溫帶草原三種植被類型相適應。在現(xiàn)階段的地形、氣候等因素影響下，東北植被的區(qū)域分異也相當明顯。山地形成森林植被，平原出現(xiàn)森林草原和草原植被。區(qū)內(nèi)有較大面積的森林土壤、草原土壤和森林草原土壤，屬地帶性土壤，同時存在著大面積的非地帶性土壤。地帶性植被屬寒溫帶針葉林和溫帶針闊混交林。森林主要分布在大興安嶺、小興安嶺和東部長白山山地三大林區(qū)，松嫩平原和三江平原和遼河平原是少林地區(qū)，天然林多、人工林少2。2 研究意義及方法森林在陸地自然生態(tài)系統(tǒng)中扮演重要角色，它在整個自然界的動態(tài)平衡中具有關鍵的作用3。近幾十年來，由于全球氣候變化，世界范圍的人口膨脹，工業(yè)化進程加快，森林中人類的活動影響加劇，

3、森林火災發(fā)生的危險性提高，森林資源的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展是世界各國關注的焦點，防御和控制森林火災也受到各國的普遍重視。東北地區(qū)分布有我國最為重要的林區(qū)，也是森林火災的重災區(qū)，森林防火工作一直是生產(chǎn)安全工作的重中之重。而森林火災的發(fā)生有很深的自然因素和社會因素，火災事件的發(fā)生與多種因子相關，如氣象、地形、植被、人的作用等，是一個復雜的相互作用過程4。了解該區(qū)林火的時間特征，分析林火發(fā)生的空間演化規(guī)律、林火與各種社會地理因素之間的潛在關系，并探索林火的時空綜合分布規(guī)律。不僅可為該區(qū)森林火險的預報預測和區(qū)劃的研究提供理論基礎，也可為科學有效地開展森林防火工作提供參考。本文主要利用GIS統(tǒng)計方法，分析東北地區(qū)

4、10年來森林火災發(fā)生的時間變化規(guī)律。通過一系列GIS空間分析方法，利用ArcGIS9.3、Excel、SPSS等一系列軟件，探索林火與地形、NDVI、土地覆蓋、行政區(qū)以及人類活動等自然地理和這會經(jīng)濟因子之間的關系，并用適合的圖、表等方式進行空間可視化。利用核密度分析得到十年中每個年份的火點密度分布圖，分析在時間變化情況下林火的空間變化規(guī)律。3 東北地區(qū)火災時空分異3.1 東北地區(qū)林火基本情況 東北地區(qū)的森林是我國有代表性的寒溫帶森林，代表牲的植被類型主要有杜鵑興安落葉松林、杜香興安落葉松林、越橘興安落葉松林、草類興安落葉松林、樟子松林、興安落葉松樺林和白樺林等。其中位于祖國最北部大興安嶺林區(qū)，

5、有林地面積657.8萬公頃，森林覆被率78.94%，是國家重點國有林區(qū)和天然林資源主要分布區(qū)，也是森林火災多發(fā)區(qū)。1987年“56”火災后22年的時間，大興安嶺累計發(fā)生重特大森林火災20余起，造成了慘重的經(jīng)濟損失、大量的資源消耗和較大的政治影響，已經(jīng)成為必須積極面對和著力解決的嚴峻現(xiàn)實課題5。經(jīng)過40多年的開發(fā)建設，東北地區(qū)森林質量明顯下降，林內(nèi)雜草、灌木叢生，枯枝落葉等腐殖層增厚，可燃物載量平均每公頃達30-50噸，林分密度小，林內(nèi)可燃物含水率極低，加之以落葉松、樟子松和樺樹為主的易燃樹種占96%以上，極易發(fā)生較大森林火災。此外，北部干冷的氣候條件及大風使東北地區(qū)森林火災頻繁發(fā)生。而且受全球

6、災害性天氣影響，森林、沼澤含水率大幅下降。近年來，東北地區(qū)各地對林區(qū)切實加大了火燒跡地清理力度，但仍有大面積區(qū)域沒有清理，火燒跡地內(nèi)存在著大量的燒死木，且灌木雜草叢生，一旦發(fā)生火災，極易蔓延，撲救相當困難6。3.2 森林火災發(fā)生的時間變化規(guī)律3.2.1森林火災年際變化特征在一定的地理區(qū)域內(nèi)，在氣候變化的影響下，林火發(fā)生情況隨時間變化呈一定規(guī)律。我國森林火災年際變化大約有5-6年和10年的準周期。絕大部分?。▍^(qū)）的火災季節(jié)為11月份至翌年4月份，在火災的年際變化過程中可能存在重災年份（或重災時段）7。通過對東北地區(qū)十年來火點數(shù)據(jù)的計算得到每年火災的過火面積（圖1）。東北地區(qū)林火年際變化主要有以下

7、幾方面特征：（1）東北地區(qū)每年都有火災發(fā)生，這主要由東北地區(qū)特殊的自然地理環(huán)境所決定的，東北地區(qū)森林覆蓋率較高，其植被種類復雜多樣，人類活動頻繁。諸多因素導致火災多發(fā)。圖1 20002009年各年過火面積統(tǒng)計圖（2）森林火災發(fā)生次數(shù)年際間波動較大，20002009年間，2003年火災面積最大，為11850，其次為2001年。2003年以后基本沒有出現(xiàn)過火面積特別大的年份，且火災面積逐漸趨于穩(wěn)定。具體來講，在大部分年份中，東北林火的過火面積都維持在2000以下，但是個別年份火災面積遠遠高于正常數(shù)量，如2003年和2001年，林火發(fā)生比較頻繁，然而在2002年，火點數(shù)只有57個。（3）在2003年

8、之后6年內(nèi)，雖然火災面積稍有波動且基本上未發(fā)生過大面積特大火災，但是火災面積總體呈逐步上升趨勢，火災總面積也不容小覷。3.2.2森林火災的季節(jié)變化特征利用GIS的方法對十年林火火點按照月份進行匯總統(tǒng)計，得到圖2所示的火點季節(jié)分布圖。圖2 20002009年火點季節(jié)分布圖可以看出，東北林火主要集中于34月之間，主要原因在于東北地區(qū)春季降水較少，氣溫升高導致地面溫度上升。此外，在89月份火點數(shù)再次上升?？梢姈|北地區(qū)火點數(shù)的季節(jié)分布大致集中于春秋兩季，冬夏發(fā)火較少。表明林火的發(fā)生與氣候存在很大的相關性。主要表現(xiàn)在火點數(shù)和降雨量呈負相關，和地表溫度呈正相關，并受到二者綜合影響。氣候背景是決定這一地區(qū)森

9、林火災季節(jié)變化發(fā)生的重要因素。大多數(shù)年份，黑龍江省入春以后，大部分地區(qū)天干物燥、高溫風大，森林火險等級居高不下，春季火險季節(jié)長達3-4個月之久；而夏季為雨季，除非干旱，一般不發(fā)生森林火災；秋季火險季節(jié)短，只有12個月，此時是林區(qū)草木變黃季節(jié)，在特定的氣象條件下，林火蔓延迅速，也可能引起大的森林火災；冬季黑龍江林區(qū)冰雪覆蓋，發(fā)生森林火災的可能極少；春季氣溫回升，農(nóng)事活動頻繁，增加了引發(fā)林區(qū)森林火災的可能性。各氣象要素之間是相互聯(lián)系和影響的，它對火災的影響也是綜合性的，不能用單一氣象要素去研究火災，在實踐中預測火險等級時應考慮各要素的綜合影響。3.3 森林火災發(fā)生的空間變化規(guī)律3.3.1 林火與行

10、政區(qū)劃研究林火與行政區(qū)的關系便于在防災、救災等工作中以政區(qū)為單位進行合理規(guī)劃并對物資、人員等進行合理配置。通過一些列分析，并利用GIS的空間可視化功能，得到東北地區(qū)十年來火災火點位置的行政區(qū)分布，如圖3所示。圖3 東北地區(qū)十年林火火點分布及各行政區(qū)內(nèi)火點密度分布圖圖4 各地區(qū)十年來火點總數(shù)統(tǒng)計圖由上圖可以看出：（1）火災空間分布不均衡。主要分布于北緯45度以北地市（圖3），其中黑河、海拉爾和塔河分布最多（圖4），分別占十年火點總數(shù)的27%、25%和21%。而這三個地區(qū)恰恰又是東北地區(qū)最靠北的三個市。（2）各市火點密度分布不均衡。首先計算得到各地市的十年火點分布密度，計算公式為： （1）式中，N

11、各市表示每年火點數(shù)目，S表示各地市轄區(qū)面積，表示各地市火點密度。分析發(fā)現(xiàn)以黑河市、塔河市和大慶市的平均火點密度最高，海拉爾市由于面積較大，其火點平均密度下降（圖3）?？傮w來說，東北地區(qū)北部地市火點密度總體大于南部地市。（3）各行政區(qū)邊界火災多發(fā)。十年來火災火點主要集中分布于各地市交界地區(qū)附近（圖3）。可能由于政區(qū)分界線與地形之間的某種關聯(lián)導致這種情況的發(fā)生，例如地形區(qū)的分界線往往作為政區(qū)分界線，而這些地方多是山川丘陵地帶，關于林火與地形之間的關系，下文在探討林火的空間分布特征時將做更為詳細的探討。3.3.2 林火與地形主要地形因子包括高程、坡度、坡向以及坡度變率等，所有發(fā)生于地表的空間現(xiàn)象幾乎

12、都要受到地形的影響，因此，探討林火與地形之間的關系，是深刻了解森林火災的空間分布特征所必不可少的內(nèi)容。本文主要采用ArcGIS空間分析功能對數(shù)據(jù)進行分析，并通過空間數(shù)據(jù)可視化得到圖5和圖6。 （1）林火與高程之間的關系圖5 東北地區(qū)十年火點高程分布透視及統(tǒng)計圖表一 東北地區(qū)十年林火火點數(shù)目在不同高程區(qū)間分布表海拔（米）0-250250-500500-750750-10001000-1892火點數(shù)（個）47921258024301312796結合圖5和表一，從地貌上看，十年來火點主要集中分布于小興安嶺山區(qū)、松嫩平原以及三江平原地區(qū)。從高程上看，火點分布主要集中于海拔高度為300米到600米之間的

13、高程區(qū)間。海拔500米以上，隨高程的增加火點數(shù)目逐漸減少。因此對于森林防火要格外注意海拔300米至600米之間的區(qū)域。（2）林火與坡度之間的關系圖6 東北地區(qū)十年火點坡度分布透視及統(tǒng)計圖總體上，隨著地形坡度的增加，火點數(shù)目逐漸減少，二者呈負相關。這表明，地形越平坦的地方火點數(shù)最多，也最容易發(fā)生火災。十年來所有火點分布地區(qū)最大坡度不超過9度，而均值大約只有1度。這表明所有發(fā)生過火災的區(qū)域地形總體是比較平坦的，也表明地形對火災發(fā)生的影響較大。3.3.3 林火與土地覆蓋土地覆蓋是自然營造物和人工建筑物所覆蓋的地表諸要素的綜合體，包括地表植被、土壤、湖泊、沼澤濕地及各種建筑物，具有特定的時間和空間屬性

14、，其形態(tài)和狀態(tài)可在多種時空尺度上變化8。土地覆蓋是隨遙感技術發(fā)展而出現(xiàn)的一個新概念，其研究的角度側重于土地的自然屬性，對地表覆蓋物進行分類。如對林地的劃分，根據(jù)林地生態(tài)環(huán)境的不同，將林地分為針葉林地、HYPERLINK http:/ 東北地區(qū)各種土地覆蓋類型及其面積東北地區(qū)土地覆蓋類型面積（）落葉闊葉林Tree Cover, broadleaved, deciduous, closed321193.66常綠針葉林Tree Cover, needle-leaved, evergreen15487.74落葉針葉林Tree Cover, needle-leaved, deciduous134340.

15、6混合葉型林木覆蓋區(qū)Tree Cover, mixed leaf type10213.36樹木/其他自然植被混合區(qū)Mosaic: Tree Cover / Other natural vegetation651.88曾發(fā)生火災的林木覆蓋區(qū)Tree Cover, burnt466.12常綠灌叢Shrub Cover, closed-open, evergreen40942.88落葉灌叢Shrub Cover, closed-open, deciduous5267.5草地Herbaceous Cover, closed-open243921.8稀疏的草本或稀疏的灌木覆蓋Sparse herbace

16、ous or sparse shrub cover77322.6定期灌溉的灌叢或草地Regularly flooded shrub and/or herbaceous cover18281.88種植區(qū)和人工管理區(qū)Cultivated and managed areas436744.98農(nóng)田/樹木/其他植被覆蓋混合區(qū)Mosaic: Cropland / Tree Cover / Other natural vegetation5127.32農(nóng)田/灌木/草地混合區(qū)Mosaic: Cropland / Shrub and/or grass cover23833.18裸地Bare Areas6098.

17、26水體Water Bodies11836.18冰雪地面Snow and Ice8.6人工地表及相關區(qū)域Artificial surfaces and associated areas420.54圖7 東北地區(qū)2000-2009年不同土地覆蓋區(qū)火點數(shù)統(tǒng)計圖20002009年間，東北地區(qū)的不同地表類型中，發(fā)生森林火災最多的是落葉闊葉林覆蓋區(qū)，占所有火點數(shù)的38%。其次為草地、落葉針葉混交林覆蓋區(qū)以及種植和人工管理區(qū)域，分別占到總火點數(shù)的25%、18%和11%。然而，在東北地區(qū)的土地覆蓋類型中，種植和人工管理區(qū)域面積最大，在40萬平方千米以上。其次為落葉闊葉林、草地以及落葉針葉混交林。雖然面積的大

18、小對不同土地覆蓋類型內(nèi)火點數(shù)的多少有很大影響，但這種影響不可能是決定性的。對每種土地覆蓋類型區(qū)內(nèi)火點數(shù)的多少主要取決于該土地覆蓋類型區(qū)的性質。例如：水體、冰雪和裸露地表所占的面積并不小，但這些地方是不可能發(fā)生森林火災的。而種植和人工管理區(qū)域的面積雖然最大，但該區(qū)域內(nèi)的火點數(shù)卻遠遠少于落葉闊葉林覆蓋區(qū)、草地和落葉針葉混交林覆蓋區(qū)。其中一方面原因可能在于種植區(qū)域有人工管理，能夠及時發(fā)現(xiàn)火情并在最快的時間內(nèi)進行撲救，但是林區(qū)和草原區(qū)域卻沒有這方面的優(yōu)勢。而另一方面原因在于林區(qū)的易燃性物質較多以及林木的屬性方面。3.3.4 林火與NDVINDVI（Normalized Difference Veget

19、ation Index）HYPERLINK http:/ (2)其中，IR表示遙感多波段圖像中的近紅外波段，R為紅外波段2。NDVI是評價植被覆蓋度和植被狀態(tài)的有效參數(shù)，它和植物的蒸騰作用、太陽光的截取、光合作用以及地表HYPERLINK http:/ 東北地區(qū)2000-2004年火點NDVI值統(tǒng)計直方圖從圖8看出：NDVI在0-0.9之間均有火點分布。NDVI在0.2-0.4區(qū)間內(nèi)火點分布最多，此外，分別在0-0.1和0.8處出現(xiàn)兩個小的峰值。NDVI在0.5-0.7之間火點數(shù)最少。NDVI在0.5以下時，發(fā)火概率明顯高于NDVI在0.5以上，而NDVI在0.3左右火災危險最高。原因可能在于

20、較高的植被覆蓋可以降低地表溫度，從而減少火災的發(fā)生概率。而較低的植被覆蓋不能有效阻擋日光直射地表，使地表溫度上升，導致枯枝落葉易燃。3.3.5 林火與人類活動人類本來就是自然的一個組成部分，而人類活動對自然界的影響也日益深化。林火作為一種自然現(xiàn)象，與人類活動的關系也極為密切。但是人為因子對林火的影響是復雜的，這中間既有積極的方面，也有消極的方面。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，利用GIS方法分析20002004年火點到最近居民點距離和最近道路距離得到圖9。圖9 東北地區(qū)2000-2004年火點與居民點和道路距離值統(tǒng)計直方圖總體來說，距離道路越遠，火點數(shù)越少。而隨著與村莊的距離增加，火點數(shù)先增加后減少，呈正偏分布

21、。在距離村莊410公里之間的火點數(shù)最多，峰值出現(xiàn)在8公里處，平均值為10公里左右?；瘘c分布距道路的平均值為9公里左右，峰值出現(xiàn)在2公里左右。人類活動對火災的影響是顯著的，首先，人類活動較為頻繁的地區(qū)火災發(fā)生次數(shù)明顯較多。其次，隨著距離居民點距離的增加，火點數(shù)先逐漸增多后減少說明人類聚居區(qū)附近的火災容易被發(fā)現(xiàn)并能得到及時撲救。此外，道路和居民點相比，在人力滅火的時效性上明顯欠缺，因此火點數(shù)的峰值距離更小。4 東北地區(qū)森林火災的時空綜合特征 以上對東北地區(qū)20002009年的林火火點時間和空間分布特征進行了分析，并得到一系列結論，但都是是單單從時間或空間的單一維度來探索林火發(fā)生的規(guī)律。那么，隨著時

22、間推移，不同年份的林火在空間分布上也存在差異明顯，或許我們可以嘗試探索不同年份里林火分布的空間變化，研究十年來火災的分布特征。本文主要通過對十年來東北地區(qū)火災密度的的變化來探索這一變化。利用核密度分析，分別得到東北地區(qū)十年來每年的火點密度分布圖（圖10）。其中HYPERLINK http:/ 20002009年東北地區(qū)火災密度空間變化圖圖10為十年來東北地區(qū)各年火點分布的密度表面。從緯度上看，10年中，每年林火火點密度最高的地區(qū)都在N以北。從地貌上看，10年中林火火點密度最高的區(qū)域基本都在大興安嶺或者小興安嶺山區(qū)。而三江平原、松嫩平原以及遼河平原地區(qū)基本沒有出現(xiàn)密度較高的區(qū)域。由此可見，在20

23、002009年間，火災高發(fā)的核心區(qū)在空間分布上一直都相對穩(wěn)定，即主要分布于大小興安嶺山區(qū)，空間變化并不是很大，只是每年災害的嚴重程度不同。因此這些區(qū)域便成為火災的高發(fā)區(qū)以及防火工作應該重點監(jiān)視的地區(qū)。5 結論（1）無論從林火的年際特征還是季節(jié)特征來分析，氣候因子的影響都是主要的，這中間可能主要包括氣溫、降水、風向以及風級等。例如火災異常多發(fā)的2003年，黑龍江、吉林、遼寧110月的氣溫均高于平均水平，甚至在小范圍內(nèi)出現(xiàn)峰值，而降水相對于其他年份也較少。從季節(jié)來看也是氣溫較高且降水較少的季節(jié)是火災的高發(fā)期，主要集中于春秋兩季。（2）東北地區(qū)的林火空間分布極不均勻，無論是從行政區(qū)、地形、土地覆蓋還

24、是與聚落的關系來看，這一特征都是明顯的。（3）通過對林火與地形之間關系的探討發(fā)現(xiàn)：主要影響林火分布的地形因子是坡度以及高程。至于海拔高度300米到600米之間的火點密集分布區(qū)，主要原因可能不在于是高程對火災產(chǎn)生了影響，結合其他因子（如土地覆蓋）來看，主要原因在于在300米到600米之間的區(qū)域是火災高發(fā)的植被覆蓋類型的主要要分布區(qū)。（4）不同的土地覆蓋區(qū)域內(nèi)林火發(fā)生的危險程度是不一樣的，因此在森林防火工作中，要特別重視一些特別的林區(qū)（如落葉闊葉林覆蓋區(qū)）和草原地區(qū)。（5）由林火與NDVI的關系來看，并非是植被覆蓋度越高林火的發(fā)生幾率就越大，反而是NDVI值在0.5以下時的火點數(shù)較多。所以，影響林

25、火的發(fā)生的主要因子不在于森林的密度，而在于森林的狀態(tài)，具體說就是森林的濕度、溫度以及林木的含水量等因素。（6）林火與人類活動的關系也是極為密切的，這里主要通過兩個指標來衡量，即林火火點與居民點以及道路的距離。而其中又出現(xiàn)兩個問題，即人類活動對林火產(chǎn)生的雙重影響。一方面人類活動是導致林火產(chǎn)生的一個重要因素，例如人們在林區(qū)不合理的用火行為。而另一方面，在林火發(fā)生后，若距離居民點或者道路較近的區(qū)域又方便人們及時發(fā)現(xiàn)火情并進行撲救，而這一方面居民點的作用似乎要大得多。這兩方面特征在火點的空間分布上都能夠得到很好的體現(xiàn)。參考文獻1 趙濟，陳傳康.中國地理M.高等教育學院1999.2 于成龍，張歡，楊曉強

26、.大興安嶺火災特征分析J.黑龍江氣象.2007,93 Ardakani A S et alSpatial and Temporal Analysis of Fires Detected by MODIS Data in Northern Iran From 2001 to 2008JIEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN APPLIED EARTH OBSERVATIONS AND REMOTE SENSING，2011,4（1）：216-225 4 張海軍，戚鵬程.基于頻率比和邏輯回歸模型的東北地區(qū)火險制圖研究J.地理與地理信息科學,2012,9（5）.5 傅澤

27、強，戴爾阜大興安嶺森林火險季節(jié)動態(tài)特征及其氣候條件分析J自然災害學報,2001,10（4）：113-1166 張冬有，鄧歐，李亦秋黑龍江省19802005 年森林火災時空特征J林業(yè)科學，2012，48（2）:175-179.7 HYPERLINK http:/ 徐波，何寧，宮鵬，等. HYPERLINK http:/ o ArcGIS 10 地理信息系統(tǒng)教程從初學到精通 t _blank 中國火災的時空演變特征基于GIS的統(tǒng)計分析J.自然災害學報，2012，21（1）.8 王麗濤，周藝，喬德軍，等我國北方森林草原地區(qū)火險等級遙感評估及時空特征分析J遙感應用，2011,（3）:44-499 寇曉軍，馮玉芬，董俊華. HYPERLINK http:/ 森林防火. 1997(04)10 林朝暉寧德市森林火災時空變化規(guī)律研究 J寧德師專學報（自然科學版），2010,8：258-260.Analysis of Temporal and Spatial Characteristics of Fire Danger in Northeast ChinaAbstract：Fire,a natural disast