2003—2018年中国森林火灾时空分布格局研究

曾雪艳，杨金明，李士美

(青岛农业大学 园林与林学院，山东 青岛 266109)

森林火灾是突发性强、破坏性大、处置较为困难的自然灾害之一[1-2]。据联合国粮农组织统计，2003—2012年间全球森林每年过火面积为 6 700 万hm2，约占全球森林总面积的1.7%[3]。近年来，受气候变化、人为活动等多因素的影响，森林火灾火险期提前并延长，全球森林火灾发生次数、受害面积呈增加态势[4-6]。探究森林火灾的发生规律与时空分布格局，是森林火灾预测、火灾管理的前提和基础，且一直是国内外森林火灾研究的热点领域[7-9]。例如，Wang和Anderson[10]采用核函数(kernel function)评估了加拿大艾伯塔省雷电和人为森林火灾起火地点分布的时空格局。苏立娟等[11]根据统计年鉴数据，运用主成分分析和聚类分析等方法，分析了1950—2010 年中国森林火灾的时空特征，并根据灾情指标对全国各省份进行评价与分类。张颖和丁昱菲[12]根据2003—2016年森林火灾、森林病虫害数据，借助主成分、聚类分析方法，分析了中国森林灾害的空间分布特征。在研究手段和方法上，森林火灾时空格局研究主要是基于森林火灾的历史发生数据、遥感数据，运用空间分析、数学统计等手段分析森林火灾发生的时空格局，其研究尺度涉及全球、国家和局地等多级尺度[5,8,13,14]。

为全面掌握全国自然灾害风险状况，提升综合防范自然灾害的能力，第一次全国自然灾害综合风险普查工作于2020—2022年开展。普查工作涵盖地震灾害、地质灾害、气象灾害、水旱灾害、森林和草原火灾等自然灾害类型。准确掌握自然灾害发生的底数与分布格局，是客观认识区域灾害综合风险水平的基础，其成果可为各级政府有效开展自然灾害防治和应急管理工作提供科学决策依据。基于此，本文根据2003—2018年的全国森林火灾统计数据，全面分析中国森林火灾按省份发生的时空格局，定量分析其统计学规律，旨在为森林火灾预测、管理和风险决策提供基础支撑。

1 研究方法

1.1 数据来源与处理

森林火灾统计数据来源于《中国统计年鉴(2004-2019)》。统计数据包含31省份2003—2018年历年森林火灾发生的总次数、一般火灾次数、较大火灾次数、重大火灾次数、特别重大火灾次数、火场总面积、受害森林面积等。特别说明，2009年之前的《森林防火条例》将森林火灾级别分为森林火警、一般森林火灾、重大森林火灾和特大森林火灾；2009年修订的《森林防火条例》将森林火灾界定为一般森林火灾、较大森林火灾、重大森林火灾和特别重大森林火灾。为便于前后衔接，将2003—2008年的“森林火警”和“一般森林火灾”分别等同于2009年之后的“一般森林火灾”和“较大森林火灾”统计。

1.2 数据分析

受气候条件、人为活动、可燃物特性等多种因素的影响，森林火灾的发生具有明显的随机性和突发性。对于森林火灾发生规律的统计分析，以往主要是采用单一的平均值指标分析森林火灾格局，但由于平均值易受极端值的影响，导致分析结果难以客观反映森林火灾发生的内在规律[15]。通常，组内数据之间的差异程度较小，采用平均值即有较好的代表性；而组内数据之间的差异程度较大，特别是有极大或极小值的情况，采用中位数或众数有较好的代表性。本文分别采用平均值和中位数衡量数据的集中趋势，采用变异系数反映数据的离散程度。

聚类分析采用K均值聚类方法。将森林火灾总次数、一般森林火灾、较大森林火灾、重大森林火灾、特别重大森林火灾发生次数和火场总面积、受害森林面积、伤亡人数、其他损失折款等指标的平均数、中位数和标准差作为聚类指标，最大迭代次数取10次。

基础数据分析和聚类分析使用SPSS statistics软件，绘图运用Origin软件。

2 结果与分析

2.1 森林火灾总次数的时空格局

2003—2018年，全国共发生森林火灾 111 446 次，平均数和中位数分别为为6 965.4 次和 5 634.0 次。按照由大到小的顺序，平均数和中位数居于前列的分别是湖南、贵州、广西、湖北、河南和云南，且均表现为中位数低于平均值，间接反映了期间森林火灾年发生次数呈现右偏分布(图1)。森林火灾总次数的平均数和中位数均小于100次的为海南、重庆、河北、陕西、黑龙江等17省份。云南、浙江、四川、福建、江西、广东、安徽、辽宁、内蒙古等9省份的森林火灾年发生总次数的平均数和中位数介于110.5～363.9次。在31省份中，天津、江西和福建等3省份森林火灾总次数的变异系数大于1，仅有青海、广西、新疆、内蒙古、四川和上海的变异系数小于0.5且大于0.3，这说明其森林火灾的发生具有极强的随机性和离散性。例如，2018年湖南发生森林火灾高达 5 053 次，而2015年低至51次。从中位数与平均数的比值来看，只有内蒙古和西藏的比值大于1；吉林、广西、宁夏、河南等4省份比值接近于1，其他省份均是中位数小于平均数。因而，通过森林火灾总次数的平均数来反映森林火灾发生风险，将会导致部分省份评估结果偏高。

图1 森林火灾年发生总次数的分布格局

2.2 各级别森林火灾次数的时空格局

2003—2018年，全国共发生特别重大森林火灾29次，其中黑龙江和内蒙古分别发生15次和14次，仅2003年两省就发生7次。同期，全国共发生重大森林火灾175次，其中内蒙古、福建、湖南和浙江等4省份占比为61.14%，而四川、黑龙江和贵州等13省份占比为38.86%，其余省份未有重大森林火灾发生。由此可见，特别重大森林火灾、重大森林火灾的发生省份相对集中。

2003—2018年，全国共发生一般森林火灾 65 436 次，发生次数的平均数和中位数分别为 4 089.8 次和 3 332.5 次。其中，湖南一般森林火灾的年均发生次数最多，为763.5次，贵州次之，为668.3次。然而，就一般森林火灾次数的中位数而言，贵州省最多，为532.5次，其次为湖南(453.0次)。此外，仅湖北、河南、广西、四川和云南一般森林火灾发生次数的平均数和中位数均超100次。其余24省份一般森林火灾发生次数的平均数和中位数低于100次(图2)。除上海外，四川一般森林火灾发生次数的变异系数最低，为0.36；江西最高，为1.35。就一般森林火灾的中位数与平均数的比值而言，仅有广西、西藏和吉林3省份的比值略大于1，其他28省份的中位数均小于平均数。

图2 一般森林火灾年发生总次数的分布格局

对较大森林火灾年发生次数的平均数排序，发现其分布格局与一般森林火灾次数的平均数分布规律存在明显区别(图3)。较大森林火灾年均发生次数最高的是湖南，其平均数和中位数分别为724.6次和531.0次，远高于列第二位的贵州，其平均数和中位数分别为295.5次和231.0次。广西、浙江、福建、江西、云南和广东等6省份的较大森林火灾次数的平均数和中位数也均超百次。31省份中，仅有云南较大森林火灾发生次数的中位数大于平均数。除上海以外的30省份中，内蒙古发生较大森林火灾次数的变异系数最小，为0.38，最高的为天津，其变异系数高达1.79，这反映了内蒙古较大森林火灾的概率较大，而天津发生较大森林火灾的概率较小，存在突发性。

图3 较大森林火灾年发生总次数的分布格局

2.3 火场面积与受害森林面积时空格局

2003—2018年，全国森林火灾火场总面积为328.95万hm2，年均火场面积20.56万hm2。其中，黑龙江和内蒙古分别占52.05%和13.30%，湖南、云南、广西、贵州占比为4.48%～4.88%，以上6省份合计占全国火场年均总面积的84.01%。然而，由于特别重大森林火灾等极端值的影响，森林火灾火场面积中位数的分布格局与平均数分布格局存在显著差异。2003—2018年，火场面积中位数最高的为云南，占全国火场面积中位数的15.97%；其次为黑龙江，占12.16%。云南、黑龙江、湖南、广西和内蒙古火场面积中位数累积占比为61.61%(图4)。

图4 火场面积时空格局

2003—2018年，全国森林火灾受害森林面积年均为 86 417.2 hm2，占火场面积的42.03%。其中，黑龙江、内蒙古、湖南、福建、江西5省份受害森林面积累计占比为全国的84.38%，分省份依次占比为52.42%、17.47%、7.15%、4.18%和3.16%。但是，受害森林面积中位数的分布格局却与平均数不尽一致，全国受害森林面积的中位数为 22 008.5 hm2，仅为受害森林面积平均数的25.47%。而且，受害森林面积中位数居于前列的省份依次为湖南、内蒙古、云南、福建、浙江和广西，相应占比依次为21.66%、16.27%、9.01%、6.51%、6.45%和6.12%，其累计占比为66.02%(图5)。

图5 受害森林面积的分布格局

2.4 聚类分析

聚类分析结果表明，31省份可分为4类，其中第一类为内蒙古；第二类为安徽、北京、甘肃、广东、海南、河北、河南、湖北、吉林、江苏、辽宁、宁夏、山东、山西、陕西、上海、四川、天津、西藏、青海、新疆、浙江、重庆等23省份；第三类为福建、广西、贵州、湖南、江西和云南等6省；第四类为黑龙江。内蒙古和黑龙江各单列为一类，主要是因为其重大森林火灾和特别重大森林火灾次数多、火灾损失(包括火场总面积、受害森林面积、伤亡人数、其他损失折款)大；第二类23省份为森林火灾次数少、火灾损失小，且变动幅度小；第三类6省份，森林火灾次数、火灾损失中等，但变动幅度较大。

3 结论与讨论

根据2003—2018年的森林火灾统计数据，通过分析火灾次数、火场面积和受害森林面积等指标的集中趋势和离散程度，全面揭示了中国森林火灾按省份发生的时空格局。结果表明，森林火灾统计指标的平均数和中位数的分布格局不尽一致。就森林火灾总次数而言，平均数和中位数居于前列的是湖南、贵州、广西、湖北、河南和云南，且均表现为中位数低于平均值。重大森林火灾和特别重大森林火灾集中在黑龙江和内蒙古。一般森林火灾、较大森林火灾的平均数和中位数分布格局之间也存在明显区别。薛昌颖等在研究北方冬小麦产量灾损风险类型的地理分布时，将灾年减产率变异系数划分为低(0～0.3)、中(0.3～0.5)、高(0.5～1.0)3个等级，而森林火灾次数的变异系数多在0.3以上[16]。中位数与平均数比值、变异系数等的分析结果也进一步说明森林火灾具有极强的随机性和离散性。森林火灾火场面积、受害森林面积中位数的分布格局与平均数分布格局存在显著差异，火场面积居于前列的主要为黑龙江、内蒙古、云南、湖南、广西、贵州等，但其排序和占比明显不同。综合比较发现，绝大多数省份森林火灾次数的中位数要低于平均数。从统计学角度，当一组数据分布不均匀并出现极端值时，用中位数作为总体的一般水平的代表具有较强的代表性。例如，当前社会群体收入分配差距相当大，用算术平均数、众数作为收入状况的代表，其代表性不强，说服力不够[15]。而森林火灾的发生也具有极强的随机性、离散性，个别年份存在极端值的情况，因而通过森林火灾总次数、火场面积和受害森林面积的平均数来反映森林火灾发生风险，将会导致评估结果偏高。

以森林火灾总次数、一般森林火灾、较大森林火灾、重大森林火灾、特别重大森林火灾的发生次数及火场总面积、受害森林面积、伤亡人数、其他损失折款等指标的平均数、中位数和标准差作为聚类指标，将31省份分为4类。由于选取聚类指标和分析方法的不同，分析结果与苏立娟等[11]、张颖和丁昱菲[12]的研究结果存在差异。