1980—2015年内蒙古森林火灾的时空动态

【目的】林火是森林生态系统中重要的干扰因子,严重影响着森林的结构与功能。内蒙古大兴安岭是我国重要的森林生态系统之一,从内蒙古地区地域、海拔、火灾原因分布等可能导致火灾的时空因素分析林火灾害,为森林防火和管理提供有力的科学依据。【方法】基于遥感影像,借助ArcGIS 10.2和Origin等软件,分析了1980—2015年内蒙古地区森林火灾特点,结合时间、空间的因素,探讨林火的时空动态规律。【结果】内蒙古地区森林火灾时空上表现出规律性分布。受害森林面积年变化存在周期性规律,周期间隔16 a,且春季为林火高发季节,在进行森林防火的资源调节过程中,火灾发生次数较多的4、5月正处于春分、清明和谷雨时节,应以控制火源为主要内容。此外,月初林火发生概率相对较高,应在该时段提高警惕; 林火的发生主要集中在9:00—17:00; 多发于呼伦贝尔市、赤峰市、鄂尔多斯市和兴安盟等地区,其中兴安盟过火面积最大,大兴安岭林区火灾也比较频繁。【结论】内蒙古森林火灾频发,过火面积较大,且火灾频发与人类活动及气候特点息息相关。森林火灾主要由人为活动造成,必须严格控制野外火源、生活用火等。建议在掌握内蒙古自治区森林火灾时空动态特征的基础上,加强防火宣传与教育,并运用科学的森林防火措施,制定合理的森林防护政策。     

基于中分辨率成像遥感数据的毕拉河林场林火信息检测

利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)时间序列数据进行森林火情监测的原理及通道特性进行分析,利用阈值算法提取火点信息作为鲁棒卫星技术(RST)算法阈值确定前提,结合2种算法对内蒙古大兴安岭毕拉河林场火灾进行火点信息的提取,提高火点信息算法精度;然后,基于确认的火点信息,结合局部变化检测指数(ALICE)和全球环境监测指数(GEMI)提取过火迹地信息。结果表明:结合2种算法确定新的阈值可以有效地提取森林火点信息,检测精度由高到低的顺序为基于连续日期均值算法和基于空间域均值算法、基于每月同期均值算法,基于连续日均值的RST算法更加适合林火信息检测;结合ALICE和GEMI提取过火迹地信息的方法可以检测出绝大部分过火迹地像元,检测精度较高。     

呼伦贝尔市气候变化对森林草原火灾的影响及未来趋势分析

【目的】气候变暖是引发森林和草原火灾发生次数增加和过火面积扩大的重要因素。呼伦贝尔草原是中国北方地区重要的生态防护屏障,也是目前受气候变化影响最为严重的区域之一。通过研究呼伦贝尔市气候和森林草原火灾的历史变化,计算未来变化趋势以及干旱指数,为该地区应对气象灾害以及森林草原火灾的防御准备工作提供理论依据。【方法】利用重标极差(R/S)分析法、标准化降水蒸散指数(SPEI)分析等方法整理分析内蒙古自治区呼伦贝尔市1961—2018年的气象数据,得出过去及未来变化趋势以及干湿程度。通过分析1990—2018年呼伦贝尔市森林草原火灾数据,将气象要素与干旱状况分别与森林草原火灾数据相结合进行分析,得出火灾未来变化趋势。【结果】 ①1961—2018年内蒙古呼伦贝尔市气温和降水量增加,相对湿度和日照时间下降;气温未来变化趋势将与过去变化趋势相同,降水量、相对湿度、日照时间变化趋势将与过去变化趋势相反;2011年始呼伦贝尔市气候出现持续干旱状况,通过24个月的数据分析得出,未来将会持续保持干旱。②森林火灾的发生频度和过火面积均呈现上升趋势,分别为1次/a和318.38 hm ²/a;草原火灾的发生频度和过火面积均呈现下降趋势,分别为0.41次/a和12 486 hm ²/a。③当植物处于生长季时,草原火灾和森林火灾均与气温呈负相关,与降水量呈正相关,草原火灾与相对湿度和日照时间均呈正相关,森林火灾与相对湿度和日照时间均呈负相关。④森林草原的火灾频度和过火面积与短时间尺度SPEI均有很高的拟合程度,拟合曲线为二次函数。【结论】研究预测,未来呼伦贝尔地区干旱程度将会延续,森林草原火灾的发生与气象因素有很高的拟合度。建议当地有关部门在掌握本地气候变化基础上,制定合理的防护措施。     

火烧对北亚热带天然次生林土壤有机碳的影响

【目的】研究火烧对北亚热带天然次生林土壤有机碳的影响,为火后森林生态系统恢复提供参考。【方法】以北亚热带天然次生林火烧迹地为研究对象,灾后1 a在火烧迹地和对照林地上分别设置20 m×20 m样地各5块,分层采集0～50 cm土层的土壤样品,测定各层土壤有机碳和土壤养分含量。【结果】火烧迹地土壤里含有的轻组有机质、易氧化碳、有机碳均比对照区域高,上升的幅度分别为1.2%～61.5%、9.6%～47.4%、3.9%～35.1%,且在0～10 cm土层的差异极显著(P<0.01)。次生林火灾之后,轻组有机质、易氧化碳、总有机碳基本都存储于土壤表层,深度为0～20 cm。火烧迹地土壤0～50 cm的剖面中,含有的有机碳比对照区域高,上升的幅度约18.8%且差异显著。过火后土壤总有机碳、易氧化碳和轻组有机质与土壤养分(全氮、水解氮、速效钾)的相关性均达到极显著水平。【结论】天然次生林发生火灾1 a后,火烧迹地土壤总有机碳、土壤养分的增加主要集中在表层土壤中。     

基于机器学习算法的森林火灾风险评估研究

【目的】利用森林火灾风险图可提高有效巡护,优化有限防火资源,基于地形、人类活动、植被和气象因素数据,采用基于机器学习算法构建了林火发生预测模型,对林火防护提供一定的参考。【方法】以安徽省滁州韭山为研究对象,提取林区的坡度、海拔、坡向、到居住点的距离、到道路的距离、地形湿度指数、归一化植被指数和温度驱动因素,评估火灾发生驱动因子,将潜在驱动因子分成地形、人类活动、植被与气象因素等4类;使用哨兵火灾产品,提取林区内的历史火点,然后采用机器学习算法建立林火发生的预测模型;最后利用混淆矩阵评估指标和接受者操作特征曲线(ROC)进行精度评价。【结果】植被、温度和到道路的距离是研究区域火灾发生的主要驱动因素。两种模型的ROC曲线表明,逻辑回归预测模型准确度为71.07%,曲线下面积(AUC)值为0.717 2;随机森林模型具有较好的准确性,准确度达到84.91%,曲线下面积值为0.850 1。【结论】随机森林模型表现出比逻辑回归模型更好的预测能力。森林火灾风险图表明,随机森林模型预测下,研究区11.91%(29.36 km²)位于高、极高风险级别。森林火灾风险图可有效协助林火...     

基于Sentinel-2的火烧迹地提取方法研究——以西昌泸山火灾为例

本文使用Sentinel-2数据,针对西昌2020年3月30日发生的火灾,分别采取DNBR和决策树分类法提取火烧迹地。DNBR提取方法经过阈值分割后提取结果有所改善。决策树分类法提取结果精度84.52%,并且通过精度验证。研究结果表明Sentinel-2数据可用于提取火烧迹地,并且利用DNBR指数和决策树分类法对过火区域进行火烧迹地面积提取是可行的。     

利用Himawari-8数据监测森林火情初探

以2015年10月15日印度尼西亚苏门答腊岛森林火灾为例, 探索通过云水检测、潜在火点提取、太阳耀斑剔除、背景窗口确定等步骤, 利用新一代地球同步气象卫星——Himawari-8卫星数据提取森林火灾火点的方法。在所研究的时空范围内, 共提取Himawari-8火点10109个(有效时刻数142个), 单一时刻火点数最高为267个(当地时间03:40)。通过对时空分布的定量化比较发现, 与相应时刻的MODIS火点相比, 所提取的Himawari-8火点数量较少, 空间分布更分散, 但二者的空间分布在总体上非常相似, 且所提取的Himawari-8火点空间分布及数量特征与Himawari-8真彩色图反映的森林火情较为吻合, 说明利用该方法提取的Himawari-8火点可以较好地反映森林火情, 能够为森林火灾监测提供有效信息。     

基于空间数据分析黑龙江森林火灾空间关联性

黑龙江省为我国森林资源最丰富的省份,也是森林火灾频发的省份.森林火灾对黑龙江省的森林资源造成了极大的危害,年均森林过火面积处于全国首位.运用探索性空间数据分析及模型,对黑龙江省13个市级行政区内林业区域,从2000~2009年10 a森林火灾情况综合的研究了它的空间的关联性.研究结果显示,黑龙江省森林火灾的发生在空间关联上成正相关性,森林火灾的发生存在空间聚集,此分析结果对森林火灾预防具有积极作用.     

喀斯特山区森林火灾后火烧迹地植物更新库研究

本文通过不同森林火灾程度火烧迹地样地调查,研究火烧迹地幼苗库及芽库的物种种类、数量,并计算重要值,结果表明:不同森林火灾程度火烧迹地幼苗数量、种类有较大差异,优势种不完成表现为火灾前群落特征;不同森林火灾程度火烧迹地芽库数量、种类也有较大差异,森林火灾后火烧迹地上芽库的数量占优势,主要以萌发能力较强的植物组成,一般、重大、特大森林火灾在100 m2内芽库数量占总数量的比例分别为91.67%、67.19%、75%。因此,在植被自然恢复过程中,除了以种子萌发来恢复植被以外,其最主要方式取决于芽库的数量。     

兴安落叶松林火烧迹地土壤速效钾时空动态分析

【目的】研究不同强度火干扰下兴安落叶松林土壤速效钾含量的时空变化,探讨其变化规律与空间格局的形成原因,分析火烧迹地恢复初期土壤速效钾营养水平,为林地土壤钾营养调控与管理提供参考。【方法】在大兴安岭北部兴安落叶松林地布设固定采样点,进行林火点烧试验,分别于火烧前、火烧后、融雪季后和生长季采用土钻法在固定点位30 cm半径内采集土壤样品,采用乙酸铵法测定土壤速效钾含量,分析轻、中、重度火烧区土壤速效钾时空变化特征。【结果】①轻度火烧区,土壤速效钾含量未因火烧立即发生明显变化,但在融雪季显著上升,生长季仍维持较高水平;中、重度火烧区,则在火烧后立即升高,融雪季进一步上升,而后相对稳定;②火烧强度空间格局与土壤速效钾含量空间格局在融雪季和生长季均极显著正相关,与土壤速效钾含量变化率在火烧后的各时期均极显著正相关;原生土壤速效钾含量与火烧后各时期土壤速效钾含量及其变化率均显著相关;火烧后,土壤速效钾空间格局是原生土壤速效钾含量空间格局与火烧强度空间格局综合作用的结果。【结论】经过融雪季与生长季,兴安落叶松林轻、中、重度火烧区土壤速效钾含量显著升高,有利于火烧迹地恢复初期森林植被更新与改造。     

云南省林草火险空间模拟和等级评价

【目的】森林火险空间模拟和等级评价对森林防火具有重要意义。为确定不同区域林草资源防火的重点因素,对云南省的林草火险进行空间模拟和等级评价。【方法】采用2001—2014年的MODIS数据,选取反映植被状态、温度、地形和人类活动可达性等4个方面的火环境因素,通过设计抽样方案、训练集和检验集生成程序,得到35个数据集,开发70个地理加权Logistic回归模型,以交叉验证法评估模型性能,最终选择残差空间随机、可靠性和区分能力最优的模型做统计推断。将模拟的每期过火概率图重分为5类,相应火险类别分别记为“低”、“中”、“高”、“很高”、“极高”等级。【结果】火险类别中,“极高”等级占12.7%,“很高”等级占18.1%,二者可解释2001—2014年云南省80%的林草火灾,文山、红河、玉溪、楚雄、丽江、大理等6市的“极高”和“很高”等级面积占全省面积的71.5%,是全省的“重灾区”。【结论】“重灾区”应列为云南林草防火的重点区域,在防火的人、财、物上给予优先考虑。高温是云南省首要火险因素,其次为海拔、坡度、枯死植被、植被量,人类活动可达性影响相对较弱。影响火险的火环境因素在云南省内仅部分区域显著,按显著区及相对权重,云南省可分为西北、西南、西中Ⅰ、西中Ⅱ、东南和中部共6个区域,不同区域应因地制宜确定防火重点并布置防火资源。     

Increased damage from fires in logged forests during droughts caused by El Niño

In 1997-98, fires associated with an exceptional drought caused by the El Ni?o/Southern Oscillation (ENSO) devastated large areas of tropical rain forests worldwide. Evidence suggests that in tropical rainforest environments selective logging may lead to an increased susceptibility of forests to fire. We investigated whether this was true in the Indonesian fires, the largest fire disaster ever observed. We performed a multiscale analysis using coarse- and high-resolution optical and radar satellite imagery assisted by ground and aerial surveys to assess the extent of the fire-damaged area and the effect on vegetation in East Kalimantan on the island of Borneo. A total of 5.2 +/- 0.3 million hectares including 2.6 million hectares of forest was burned with varying degrees of damage. Forest fires primarily affected recently logged forests; primary forests or those logged long ago were less affected. These results support the hypothesis of positive feedback between logging and fire occurrence. The fires severely damaged the remaining forests and significantly increased the risk of recurrent fire disasters by leaving huge amounts of dead flammable wood.     

昆明西山林场5种可燃物的火行为研究

【目的】通过估测西山林场内主要可燃物特征,预测潜在的火行为大小,为西山林场的防火管理提供科学参考。【方法】通过外业调查,对柏木(Cupressus funebris)、旱冬瓜(Alnus nepalensis)、云南松(Pinus yunnanensis)、华山松(P. armandii)和麻栎(Quercus acutissima)5种可燃物采样,估算西山林场内主要可燃物载量大小,并在实验室内进行燃烧模拟试验,量化火行为特征,包括引燃时间、火焰维持时间、无焰燃烧维持时间、蔓延时间、火焰高度、火焰温度、无焰燃烧温度、火焰热辐射、无焰燃烧热辐射等。【结果】云南松林内的载量达到2.35 kg/m²、燃烧火焰最高温度628 ℃、燃烧火焰最大高度70 cm、最大热辐射为6.92 kW/m²、燃烧后无焰燃烧的最高温度266 ℃,均与每年进行计划烧除时云南松纯林内的载量1.15 kg/m²、火焰最高温度697.6 ℃、火焰最大高度44.5 cm、最大热辐射8.02 kW/m²,无焰燃烧的最高温度194.3 ℃有差异。不同林种可燃物的火强度大小依次为:云南松(786.07 kW/m) >麻栎(564.39 kW/m)>华山松(275.30 kW/m) >柏木(6.26 kW/m),其中云南松的火强度(786.07 kW/m,中强度火)与云南松纯林计划烧除时的火强度403.60 kW/m(低强度火)有差异。【结论】森林可燃物的载量对火强度影响较大,麻栎和华山松属于低强度火,柏木的火强度几乎可以忽略不计。森林抚育更新等人为干预措施,可对林内可燃物进行有效调控,减少和预防森林火灾的发生。     

结合冠层密度的森林净初级生产力遥感估测

【目的】 森林冠层密度与林分年龄、植被生长状况有关,在区域森林净初级生产力遥感估测中,结合森林冠层密度以期提高估测精度。【方法】 以广东省韶关市为研究对象,选用2017年Landsat-8 OLI影像、2017年357块森林资源连续清查固定样地数据为主要信息源,分别采用随机森林、多元线性回归、人工神经网络和K最近邻分类法等4种模型,结合森林冠层密度制图器(FCD)进行区域森林净初级生产力特征变量的选取、参数建模、模型精度评价和森林净初级生产力空间制图。【结果】 特征变量中,红光波段(B4)、归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、叶面积指数(LAI)、缨帽变换土壤植被因子、纹理特征和地形特征在森林净初级生产力反演中有重要作用。将森林冠层密度因子加入反演模型后,4种遥感估测模型精度均有大幅度提高。对4种遥感估测模型进行性能比较,随机森林模型精度最高,其次是多元线性回归模型、人工神经网络模型,K-最近邻分类模型精度最低。研究区内森林净初级生产力平均值为10.689 t/(hm²·a),高森林净初级生产力 [≥18 t/(hm²·a)]林分面积仅占研究区的19.61%,主要分布在海拔较高的西北部。【结论】 结合冠层密度进行森林净初级生产力的建模,可有效提高模型估测精度。     

黑龙江省气象因子插值优化及与落叶松NPP相关性分析

【目的】通过比较不同插值方法模拟黑龙江省气象因子,利用最佳插值结果,探寻落叶松样地气象因子与森林植被净初级生产力(NPP)的关系,为黑龙江省落叶松林的生产经营和管理提供科学参考。【方法】以黑龙江省2010年生长季(5—9月)气象因子(日平均气温、日降水量)及1 521块落叶松林固定样地数据为数据源,分别使用反距离加权(IDW)、普通克里金(OK)、多元线性回归(MLR)和混合插值法(包括回归反距离加权(RIDW)和回归克里金(RK))5种插值方法对生长季月均气温和月均降水量进行插值及比较,以最佳插值方法得到黑龙江省2010年生长季月均气温和月均降水量空间分布。根据东北地区树种生物量异速模型估算落叶松样地单位面积森林地上生物量(AGB)和净初级生产力,并与样地气象因子进行相关性分析。【结果】5种插值方法中RK的生长季月均气温和月均降水量均方根误差(RMSE)分别为0.420和10.110,均优于其他插值方法。生长季月均气温由南至北降低的同时落叶松NPP随之降低,月均降水量自西向东增大,落叶松NPP随之升高。生长季月均气温、月均降水与NPP的Pearson相关系数分别为0.221和0.241,二者P值都小于0.01,呈极显著相关。【结论】考虑地形因子和多元回归模型结果残差的RK方法可以更好地模拟黑龙江省生长季月均气温和月均降水量。生长季落叶松NPP在经、纬度方向上分布趋势与气温、降水量相同,且落叶松NPP与生长季月均气温和月均降水量均有一定相关性,其中与降水量相关性更为明显。     

基于实地核查的气象卫星森林火情监测真实性检验

随着卫星平台的高速发展和监测技术的日趋完善，气象卫星凭借高频次和高时效特点在森林火情监测方面具有独特优势。研究简要介绍了气象卫星森林火情监测原理，提出了卫星监测缓冲区半径人工核查法，对极轨气象卫星（polar-orbiting meteorological satellite）上下文法（contextual）和静止气象卫星（geostationary meteorological satellite）时序法（temporal sequence method）计算得出的林火监测结果进行真实性检验。结果显示，极轨与静止气象卫星结合的森林火情监测方法的真实火点率达81.03%，具有较高的时空稳定性；湖南省真实火点分布具有明显的时空分布集聚特征，湖南南部五地级市监测得到的真实火点占全省真实火点的76.60%，“林火较高发期”监测真实火点占全部真实火点的81.96%；静止气象卫星首次监测到的真实火点占全部真实火点数的96.28%，FY4A国产静止气象卫星在森林火情监测中体现了明显高精度优势。研究表明，卫星监测实地核查为森林火情真实性检验工作提供了重要的核验数据，填补了国内大尺度长时序森林火情监测真实性检验的空白，为气象卫星森林火情监测的业务化运行提供了技术参考。     

基于栅格尺度的北京市密云县生态环境脆弱性评价

【目的】县域生态环境脆弱性动态变化的定量评价为县域环境生态恢复与生态重建提供重要依据。【方法】采用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,以北京市密云县自然环境和社会资料两方面的12种栅格数据为基础数据,建立栅格大小为30 m的生态环境质量评价指标空间数据库,在此基础上基于“敏感度-弹性度-压力度”模式,应用多层次模糊综合评价方法和自然分界法将生境脆弱度划分5个等级,评价了北京市密云县生态环境脆弱性,采用转移矩阵的方法分析了生态环境脆弱性时空变化规律,并进一步通过野外调查的植被覆盖度数据进行验证。【结果】2003—2013年研究区生态环境质量都呈现“北部山区优于南部平原、高海拔林区优于低海拔耕作区”的空间分布特点。研究区域2003年中度脆弱区的面积比例最大,微度脆弱区次之,面积比例分别为40.43%和37.00%; 2013年研究区微度脆弱区和低度脆弱区的面积比例之和达到76.52%,呈绝对的好转趋势。【结论】经过10 a的天然林保护等一系列生态环境工程的建设和环境保护政策的推行,区域环境生态质量改善效果显著。基于“敏感度-弹性度-压力度”模式构建的评价模型,可用于对省级、地市级及县级生态环境脆弱性进行评价。     

基于元胞自动机的高原林火蔓延三维可视化模拟

森林火灾威胁森林安全,导致生命财产与环境损失,动态模拟森林火灾对于预判森林火灾发展趋势,减少森林火灾危害,科学开展森林火灾灭火工作具有重要理论与现实意义.为更加形象、直观地展示林火三维可视化,将地理信息系统(geographic information system,GIS)三维可视化与元胞自动机模拟功能相结合来模拟林火蔓延,并借助王正非与毛贤敏模型,定义元胞状态转换规则函数,计算中心燃烧元胞单元在8邻域方向上的蔓延速度分量,最后以云南省安宁市温泉镇为案例区域,针对云南省"3·29"火灾,选择温泉镇地形、气象和植被等数据,模拟了"3·29"火灾林火蔓延三维可视化过程,在森林火灾实时动态监测方面具有重要指导意义.