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黑龙江省森林火灾时空模型与火险区划

邓欧  
【摘要】:森林火灾是一项经常性的全球环境和经济危急事件,很多国际项目针对林火及其影响展开了大量研究。我国是一个林火多发国家,林火造成的经济损失居高不下,而林火研究的现状却不尽如人意。黑龙江省是我国的林业大省,是欧亚大陆北方森林带的重要组成部分,其年均森林过火面积居全国之首,是森林火灾危害最严重的地区。本文以黑龙江省森林火灾为研究对象,以广义3S技术为支撑,以基础地理数据、MODIS、TM等遥感数据、历史火场记录等为数据基础,采用数理统计分析方法、空间数据挖掘方法、ANN-CA模型法、时空模型分析等方法,研究黑龙江省林火发生时空分异规律,构建典型重特大森林火灾林火蔓延时空模型,建立黑龙江省域林火风险模型,并进行黑龙江省森林火险空间等级区划,为林火研究提供新方法、新思路,为林火预报提供前提和基础,为森林防火宏观决策和分类指导提供科学依据,以极大提高森林防火工作效率,减少森林火灾的发生,实施高效的林火扑救,降低森林火灾损失。主要取得以下研究成果: (1)基于1980-2005年森林火灾历史统计数据的时空规律研究结果表明:黑龙江省森林火灾年际间波动较大,20世纪80年代早、中期是火灾的多发期,20世纪80年代末和90年代初期是火灾的少发期,20世纪90年代末期和2000年以后火灾发生次数又有所增加,但较80年代早期发生次数少。在大部分年份中,森林火警发生次数多,火灾次数相对少得多,反映出多数情况下对森林火警能够做到及时发现和扑救。年际间过火面积与火灾总次数呈弱相关关系,过火面积受特大森林火灾的影响特别显著。存季火灾季节长达3-4个月,集中了火灾次数的85.51%和单位时间过火面积的67.23%,夏季火灾次数与过火面积都较少,秋季火灾季节只有1-2个月,但在特定条件下也可能引发森林大火。按连续5天过火面积达到100 hm2的标准计算,春防期为第59天至第180天,秋防期为第258天到第303天,共170天的林火预防期。平原区少有林火发生,山地区随海拔高度上升而呈现减少的趋势,由于坡度起伏和缓,林火的坡度分布规律不明显,而阳坡比阴坡更易发生火灾,也更容易蔓延。 (2)基于2000-2010年MOD14A1/MYD14A1、MCD45A1对森林火灾时空分异规律的研究表明:从MOD14A1/MYD14A1火掩膜数据产品中提取出的“8+9”数据集最适合于黑龙江省的森林活动火点检测,它与森林火灾历史记录火点的吻合度达到0.83。黑龙江省在2000-2010年间MCD45A1火烧迹地的空间分布和时间变化差异非常明显,年际间和月际间迹地面积呈大幅波动。超过一半的火烧迹地分布于北温带落叶针叶林区,其面积比例达53.689%,约有44.00%的火烧迹地分布于中温带针阔混交林区,温带草原区的火烧迹地面积仅占2.32%:中海拔(200m≤H≤500rn)、低坡度(小于5°)地区森林火烧迹地面积和燃烧率都远远大于其它区域。 (3)利用MOD14A1/MYD14A1及其验证数据对典型历史火场的林火蔓延实例进行了研究,获得林火蔓延的动态变化情况。利用典型历史火场的林火蔓延实例数据和林火蔓延影响因子数据,研建基于神经网络的元胞自动机(ANN-CA)林火蔓延模型,并从已经发生在黑龙江省的重特大森林火灾中随机选取了2003年发生在黑河市爱辉区泉山地营子的“5·20”特大森林火灾利大兴安岭富拉罕册支线2003年“5·17”特大森林火灾,对模型模拟进行实例分析及精度评价,模型的总体精度分别为84.13%和83.01%。 (4)利用黑龙江省2000-2010年MODIS火烧迹地数据集MCD45A1,在GIS技术支持下,以包括气候、地物类型、地形因子和人类活动等在内的12个林火风险影响因子,采用逐步回归方法作为风险影响因子筛选方法,构建空间Logistic林火风险模型,在较大时间间度和省域空间尺度上进行了森林火险区划研究。模型拟合效果较好,在显著性水平为0.05的情况下,通过模型系数的混合检验:相对运行特征(Relative operating characteristic,ROC)曲线分析的ROC值为0.753;在0.05的显著水平上各林火影响因子相应的Sig.值均小于0.05,也顺利通过Wald检验。在模型运算得到森林火险概率分布图的基础上,按照概率等间距方法将黑龙汀省分为无火险区、低火险区、中火险区、高火险区和极高火险区五类森林火险区:大兴安岭山地寒温带针叶林区域集中了极高火险区和高火险区;小兴安岭温带针阔叶混交林区域基本上属于高火险区和中火险区:东部山地温带针阔叶混交林区域小部分地区属于中火险区;三江平原和松嫩平原属于低火险区和无火险区。 综上,探明林火发生时空分异规律、研建林火蔓延时空模型和林火风险模型可为森林防火宏观决策、分类指导、高效扑救提供科学参考。但林火的发生仍有其随机性和不确定型,因而不能对森林火灾放松警惕。开展森林防火宣传教育工作,提高全民森林防火意识;严格控制和管理野外火源,规范生产、生活用火行为:加强对高火险时段和危险区域检查监督,消除各类火险隐患;开设防火隔离带:加强森林防火基础设施建设,全面提.高预防森林火灾的综合能力,才能保证林区长治久安。


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