东北地区火季节严重程度对野火发生的影响

李晓梅

摘 要：气候和可燃物是野火事件发生最为重要的影响因素。该文基于中国东北地区2001—2017年17年的MODIS火产品数据以及火季节严重程度数据，通过ArcGIS的核心密度估计函数对东北地区野火火点进行空间分析以及R语言进行其与火季节严重程度的相关分析，对研究区内野火火点密度与野火季节严重程度进行了相关研究。结果表明，野火密度最高的区域位于根河市中部、呼玛县、鄂伦春自治旗、阿荣旗、牙克石市、阿荣旗等区域，且最高密度达到3.94次/km2;野火火点密度高的区域，其野火季节严重程度也较高，相关系数最高达0.82。

关键词：野火;火季节严重程度;东北地区

中图分类号 S435.72文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）13-0060-04

Abstract：Climate and combustibles are the most important factors which influence wildfire events. Based on the MODIS fire product data and fire seasonal severity rating data from 2001 to 2017 in Northeast China， this paper conducted a related study on the wildfire point density and wildfire seasonal severity rating in the study area. The spatial analysis of wildfire points in Northeast China by the core density estimation function of ArcGIS and the correlation analysis with the fire seasonal severity rating by R are performed. The study found that the areas with the highest wildfire density are located in the central part of Genhe City， Huma County， Elunchun Autonomous Banner， Arong Banner， Yakeshi City， Arong Banner， etc.， and the highest density reaches 3.94 times/km2. The severity of wildfire seasons in areas with high wildfire firepoint density is also higher， with a correlation coefficient of up to 0.82.

Key words：Wildfire; Fire seasonal severity rating; Northeast China

野火泛指發生在野外植被中的火[1-2]，包括林火、灌丛火以及草原火。野火的发生不仅是自然生态系统中重要的干扰因素[3]，也是自然生态系统重要的驱动过程。野火的发生不仅会给当地的生态系统造成破坏，而且对人民的生命构成威胁，造成巨大的经济损失[4]。因此，当前对于野火的时空分布格局以及影响其发生的自然因素和人为因素的研究越来越多，这些研究为野火灾害管理提供了预报以及技术支持。

野火可分为由于闪电雷击、火山爆发、滚石火星、摩擦及自燃等引起的自然火和某些人为原因造成的人为火（包括计划火烧）[5]，其中闪电是自然火发生的最主要原因[7，6]。引起野火发生的因素是多方面的，国内外学者已开展了大量的研究，得出影响野火的主要因素有植被类型、植被覆盖度、降水的季节以及年变化、人类活动和地形等[8]。其中，气候因素是决定野火事件最为重要的因素之一。近几十年来，世界各地的野火规模和严重程度都在增加，并且都集中在气温升高、春季积雪融化时期，以及较长时间的火季节[9-11]。因此，气候对野火的影响研究十分重要。气候对野火的影响主要是把各种气候模型与火险预报模型耦合，预测未来不同气候情景下的火险和火行为的变化。例如，加拿大火气象指数（FWI，Canadian Fire Behaviour Prediction）系统[12]是表示森林火险的一个优秀的指标，也是当前应用最广泛的系统。FWI将气象数据、可燃物以及火险结合到一起。但是目前很少有研究使用卫星数据产品来表征FWI，以及是否适用于中国。

东北地区有着全国最丰富的森林资源，总量约占全国的1/3，草原资源也十分丰富，是全国重要的自然生态系统。东北地区野火的发生较为严重，尤其是在长期气候变化的趋势下，野火的发生更加频繁。为此，本研究基于火灾季节性严重程度数据以及MODIS火烧产品数据，分析了东北地区野火的发生和气候的关系，为相关部门的野火灾害管理提供科学依据。

1 研究区概况

东北地区（115°E～135°E，48°N～55°N，）位于亚洲东部太平洋西岸，处于中国东北部，包括黑龙江省、吉林省、辽宁省和内蒙古东部，面积约为152万km2（图1）。东北地区的东部是典型的温带季风气候，西部地区为温带大陆性气候，四季分明，夏季温热多雨，冬季寒冷干燥。年降水自东南向西北从湿润区、半湿润区过渡到半干旱区，降水量从1000mm降至300mm以下。东北地区森林覆盖率高，是野火发生较多的地区。

2 数据和方法

2.1 数据收集与处理

2.1.1 火季节严重程度 使用火灾季节性严重程度数据（Seasonal severity Rating ，SSR）来表征东北地区1个月内的平均火险。火灾季节性严重程度数据产品来源于全球火灾天气数据库，时间分辨率为1个月，空间分辨率为0.625°×0.625°。SSR数据整合了影响植被火灾开始和蔓延可能性的不同天气因素，包括温度、相对湿度、风速和雪深估计值。用ArcGIS将下载到的.NC格式的数据转换成为Geo，TIFF格式。将处理后得到的数据利用ArcGIS中的掩膜提取工具，使用东北地区的矢量边界数据对影像进行提取，得到东北地区的SSR数据。

2.1.2 野火火點 使用中成像光谱仪（MODIS）直接检测燃烧面积产品（MCD64A1）估算2001—2017年野火在东北地区的燃烧面积。MCD64A1将Terra和Aqua是2颗卫星观测的数据经过合成处理所得，使用500m表面反射、MODIS 1km火点和陆地覆盖产品来描绘燃烧区域。为了得到野火火点数据，使用MRT将下载的数据进行影像的镶嵌和重新投影的处理。经过处理后的数据，使用数据中的火掩膜信息，每个火掩膜里储存8位无符号科学数据集代表火发生的情况，且每个像元都被赋予了0～9数字中的某一个值，0～9数字代表的含义如表1所示。将处理后得到的数据利用掩膜提取工具，得到东北地区的影像。提取像元值为低、中、高置信火3个级别的数据，并将提取的数据用ArcGIS先转成面，再转成点，并采用2001—2017年共17年空间分辨率为500m的土地覆盖数据，对2001—2017年的全部火点进行提取，从而得到研究期间东北地区的野火火点数据。

2.1.3 土地覆盖 使用MODIS土地覆盖类型产品（MCD12Q1）来提取东北地区2001—2017年的野火区域。MCD12Q1是将Terra和Aqua 2颗卫星观测的数据经过合成处理所得，为MODIS的3级土地覆盖产品。MCD12Q1提供了5种不同的土地覆盖类型的分类方案，本文使用了国际地圈-生物圈计划（IGBP）全球植被分类方案确定的7种土地覆盖类型，如表2所示。在得到数据产品后，利用MRT进行影像的镶嵌和重新投影的处理，并将原始的数据格式转换成为Geo.TIFF格式，并使用东北地区的矢量边界数据对影像进行提取，最后移除非植被（水体、永久冰雪）、人造（农田、城市及建设用地、农田/天然植被镶嵌）和湿地等土地覆盖类型。

2.2 研究方法

2.2.1 核心密度估计 函数核心密度估计函数是一种从随机采样点重建概率密度函数的方法，它是用来反映点要素分布的相对集中程度，将离散的野火火点数据通过插值生成连续的数据来表明东北地区的野火火点的空间分布格局。本研究通过ArcGIS软件空间分析模块中的核密度分析工具对东北地区2001—2017年共17年的野火火点的空间分布密度计算。核心密度函数的定义为：

式中，x代表空间上的任意点，k（）是双变量的概率密度函数，d>0为带宽，是以x为中心的一个圆的半径。此公式中可以通过调整带宽d来得到不同尺度下野火火点的空间分布密度。

2.2.2 简单相关分析 利用Pearson相关系数来评价17年东北地区的野火火点空间密度于火季节严重程度之间的密切关系，本文使用了R语言来计算相关系数。

3 结果与分析

3.1 野火火点的空间分布特征 经过对东北地区2001—2017年的野火火点统计发现，研究区的野火发生的高峰期为春季（每年的3—5月），春季发生野火的次数为36304次，占全部野火火点的46.84%，所以将春季作为研究时间段。根据研究区的几何特征的特点，在做核密度分析时发现将贷款设为50km较为合理。经过对东北地区17年春季的野火火点进行核密度空间分析（图2），发现东北地区17年野火发生的次数在3.94次/km2以内。密度最高的区域位于根河市中部、呼玛县、鄂伦春自治旗、阿荣旗、牙克石市、阿荣旗、扎兰屯市、逊克县、嘉萌县、庆安县、绥棱县、林甸县等，最高密度达到3.94次/km2，而其他地区的野火火点密度较小，甚至为0。

3.2 野火季节严重程度对野火的影响 为了得到SSR与东北地区野火火点之间的关系，通过R语言将2001—2017年的SSR和野火火点核密度逐个像元进行相关分析，用Pearson相关系数作为相关性密切的程度，结果如图3所示。从图3可以看出，东北地区17年内不同区域的SSR和野火火点核密度的关系有所不同，呼伦贝尔市的南部和赤峰市的中西部以及通化市的西部呈现出负相关，而其余地区呈明显的正相关，尤其是在大兴安岭地区、呼伦贝尔市的东部和北部、齐齐哈尔市、白城市等相关性较高，最大相相关系数达0.82，表明野火火点密度高的区域其野火季节严重程度也较高。而朝阳市、通辽市、丹东市和延边朝鲜自治州等区域的相关系数也较高，表明野火火点密度低的区域，其野火季节严重程度也较低。

4 结论与讨论

本研究结果显示，野火密度最高的区域位于根河市中部、呼玛县、鄂伦春自治旗、阿荣旗、牙克石市、阿荣旗等区域，最高密度达到3.94次/km2。通过相关分析表明，野火火点密度高的区域，其野火季节严重程度也较高，野火火点密度低的区域;其野火季节严重程度也较低。

气候因子作为影响野火发生的重要影响因素，一直是学者研究的热点问题。本研究基于MODIS火烧迹地产品数据和火季节严重程度产品数据，在多年的时间尺度上研究了气候因子和可燃物对野火的综合作用。不同区域的火季节严重程度与野火火点核密度的关系有所不同，这为当地有关部门野火的管理和监控提供了科学依据。野火的发生是一个复杂的过程，与人为因素有关，今后可将人为因素、气候因素和可燃物一起综合考虑对野火发生的影响。

参考文献

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[12]Wagner C E V.Structure of the Canadian Forest Fire Weather Index[J].Serbiula，1974（01）. （責编：张宏民）