2023年河南省火災影響因素的空間分析

第河南省火災影響因素的空間分析

第33卷第7期202x年7月

地理科學進展

Vol.33,No.7July202x

河南省火災影響因素的空間分析

張海軍

(南陽師范學院環(huán)境科學與旅游學院，河南南陽473061)

摘

要：科學揭示火災及其影響因素間的空間關系可為防火管理提供決策支持和有益啟示。以往研究多在“空間

平穩(wěn)”的框架下進行火災影響因素分析，但火災和其可量化的影響因素往往自身均表現為“空間異質”，基于非空間的全局模型模擬可能會得出誤導性甚至錯誤的結論。地理加權回歸(GWR)可解釋火災及其影響因素間空間關系的局部變異。本文選取影響火災分布的高程、坡度、居民地可達性、道路可達性、地表溫度、歸一化差植被指數和全球植被濕度指數作為解釋變量，以是否火燒作為二元因變量，應用logisticGWR對河南省202x-202x年火季(9-10月)火災的影響因素進行探索性分析。以多時態(tài)空間抽樣取得訓練樣本，利用GWR4.0軟件開發(fā)一個logis-ticGWR火燒概率模型，從可靠性和區(qū)分能力兩方面對模型性能分別進行內部檢驗和獨立檢驗，以確?；馂挠绊懸蛩胤治龅目煽亢秃侠硇浴＝Y果表明：①坡度、居民地可達性、溫度、植被長勢和植被濕度對河南省火災的影響呈現顯著空間變化，高程、道路可達性的影響空間變化不顯著，低海拔、道路可達性差的區(qū)域更易發(fā)生火災。②溫度和植被長勢對火災影響省內全局顯著，坡度、居民地可達性和植被濕度對火災影響在省內僅部分區(qū)域顯著。③河南省可劃分為7種類型區(qū)，不同類型區(qū)的火災影響因素相對重要性存在差異，應因地制宜制定防火策略和確定防火重點。④logisticGWR模型可用于分析火災影響因素的局部空間變異，作為火險研究的一種有效工具。關鍵詞：火災影響因素；地理加權回歸；邏輯斯蒂回歸；局部模型；河南省doi:10.11820/dlkxjz.202x.07.011

中圖分類號：x43

文獻標識碼：A

1引言

嚴重火災事件可導致巨大經濟損失、環(huán)境毀壞，甚至人員傷亡。因火險預報和模擬研究對火災監(jiān)測和防控有實際價值和啟示作用(Purietal,202x)，已受到學界的廣泛關注和重視(Chuviecoetal,202x;Preisleretal,202x;Bisquertetal,202x;Zhangetal,202x)。已有研究更多關注模型預報或模擬的精度，對火災影響因素的空間分析尚缺乏足夠重視，在預報模型方面突出表現為主要開發(fā)的是一些全局或半局部模型，如logistic全局回歸(鄧歐等,202x;Lozanoetal,202x;Preisleretal,202x;Bis-quertetal,202x;Zhangetal,202x)、人工神經網絡(Bisquertetal,202x)、貝葉斯網絡(Dlamini,202x)、最大熵模型(Parisienetal,202x)等。實際上，火災的發(fā)生和誘發(fā)蔓延機制通常比較復雜，火災的影響

因素及其重要程度在不同區(qū)域往往并不相同(Mart#237;nez-Fern#225;ndezetal,202x)，當涉及環(huán)境條件異質的較大區(qū)域時尤其如此?？茖W揭示火災事件及其影響因素間的空間關系有助于人們更好地理解火災發(fā)生機制，而錯誤地解釋這種關系會造成模擬預報結果的偏差，對防火工作造成不利影響。

火災影響因素的空間分析可找出影響火災的主要因素并對其影響程度進行空間分布制圖，有利于加深人們對火災發(fā)生機制的理解，并可為防火管理提供決策支持和有益啟示。近年來，受全球氣候異常的影響，河南省的火災呈多發(fā)頻發(fā)趨勢(郭其樂等,202x)，已成為全省破壞性和影響力最強的人為災害之一(景國勛等,202x)。遙感數據因其高可用性和低成本，正日益成為火險研究中重要和常用的數據源(Lozanoetal,202x;Dlamini,202x;Bis-quertetal,202x;Zhangetal,202x)。然而，從遙感

收稿日期：202x-11；修訂日期：202x-03。

基金項目：國家自然科學基金項目（41202x99，30771744）。作者簡介：張海軍（1978-），男，河北灤平人，碩士研究生，講師，主要從事自然災害模擬、評估和預警監(jiān)測研究，

E-mail:hjzhangny@。

958-968頁

卷第7期張海軍：河南省火災影響因素的空間分析959

數據提取的火環(huán)境因子通常呈現空間異質性(Gar-riguesetal,202x)。地理加權回歸(geographicallyweightedregression,GWR)可用于建模空間變異關系，擴展后的logistic模型可用于帶有二元因變量的地理空間過程模擬(Wuetal,202x)，目前該模型在火險研究中的應用仍比較少(Mart#237;nez-Fern#225;ndezetal,202x)。基于河南省202x-202x年的MODIS衛(wèi)星遙感數據，本文選取反映地形、人類活動可達性、溫度和植被狀態(tài)4個方面的火環(huán)境因素，應用logis-tic地理加權回歸(LGWR)建模技術對火災的影響因素進行探索性分析，為河南省的防火區(qū)劃和防火管理提供參考和借鑒。

2研究方法

2.1河南省202x-202x年火燒跡地的時空分布

MODISMCD45A1火燒跡地數據以500m分辨率的月產品形式發(fā)布(Boschettietal,202x)。河南省202x-202x年的MCD45A1L3火燒跡地數據從USGS的LPDAAC(LandProcessesDistributedActiveArchiveCenter)下載并用MRT(MODISRe-projectionTool)工具拼接。圖1、圖2分別為河南省202x-202x年火燒跡地的空間和時間分布。

從圖1可知，202x-202x年，火燒跡地的分布遍及河南省的所有地級市，按火燒密度從大到小依次為：鶴壁、漯河、周口、駐馬店、平頂山、商丘、濮陽、新鄉(xiāng)、安陽、焦作、許昌、洛陽、南陽、濟源、開封、信陽、鄭州、三門峽。從圖2可知，202x-202x年，火燒面積最多的月份是9月和10月(202x年略顯異常)?？紤]到火燒跡地數據相鄰月份間總存在16天的重疊期(Boschettietal,202x)，本文參照MCD45A1L3的數據質量和處理信息，從每年的火季(9-10月)中選取1個典型月份作后續(xù)分析。圖2中用星形標記的為本研究選取的月份。2.2火環(huán)境因子層的計算

火災發(fā)生與地形、人類活動、氣象、植被狀態(tài)等多種因素相關，不同區(qū)域火災發(fā)生和蔓延誘發(fā)因素的重要性也不完全相同(Lozanoetal,202x)。本文選取涉及地形(高程(Al)和坡度(Sl))、人類活動可達性(居民地可達性(Dv)、道路可達性(Dp))、地表溫度(LST)、植被狀態(tài)(歸一化差植被指數(NDVI)和全球植被濕度指數(GVMI))4個方面共7個火環(huán)境因

圖1河南省202x-202x年火燒跡地的空間分布Fig.1Spatialdistributionoftheburnedareafrom202xto

202xinHenan

Province

圖2河南省202x-202x年火燒跡地的時間分布Fig.2Temporaldistributionoftheburnedareafrom202xto

202xinHenanProvince

子。從中科院科學數據庫下載90m的SRTMDEM數據，并重采樣為1km后在ArcGIS中生成因子Al和Sl。從1∶100萬中國數字地圖數據庫中提取居民地和道路數據，利用歐氏距離工具生成因子Dv和Dp。從NASA的戈達德太空飛行中心(GoddardSpaceFlig