气候变化背景下黑龙江大兴安岭林区夏季火险变化趋势

采用Delta、WGEN降尺度方法和加拿大森林火险天气指标,分析了1966-2010年黑龙江大兴安岭林区夏季火灾变化特征,预估了2010-2099年夏季森林火险变化趋势,分析了夏季森林火灾与春、秋季森林火灾的差异,并提出了基于火环境的夏季森林火灾防控策略.结果表明:气候变暖背景下,2000-2010年研究区夏季森林火灾呈高发态势.在可预期的未来,2010-2099年研究区夏季森林火险比基准年(1961-1990年)增加34％,增幅大于春、秋季森林火险.A2a和B2a情景下,2010-2099年研究区夏季森林火险相对于基准年均呈升高趋势,且随着时间递推,森林火险增加的区域不断变广,增加的比重不断加大.到21世纪末,A2a情景下夏季森林火险与基准年相比增加近一倍,夏季高森林火险地区将贯穿整个研究区.夏季森林火灾在火源特点、森林可燃物属性和森林火险天气情况等方面都有别于春、秋季森林火灾,研究区应严管火源,严控可燃物载量,严抓中长期森林火险预报,以控制夏季森林火灾.     

气候变化影响下大兴安岭地区21世纪森林火险等级变化预测

基于HadCM3模式输出的A2a和B2a情景下气候基准时段(1961-1990年)与未来不同时段(2010-2039年,2040-2069年,2070-2099年)的气候情景数据,结合Delta、WGEN降尺度方法和加拿大火险天气指标系统,划分了黑龙江大兴安岭地区森林火险等级,预估了研究区2010-2099年森林火险等级相对于基准年的变化,分析了森林火险等级长期预测的不确定性.结果表明:气候变化影响下,研究区21世纪平均极高、很高、中等火险的年均日数呈上升趋势,高、低火险的年均日数呈降低趋势.与基准年相比,A2a和B2a情景下研究区2040-2069年极高和很高火险的年均日数分别增加了43和36 d,2070-2099年分别增加了62和61 d.     

气候变暖背景下内蒙古大兴安岭林区森林可燃物干燥状况的变化

可燃物湿度是评价林火发生危险程度的最直接指标.林火的发生和蔓延很大程度上受气象条件的制约,气候变暖对林火产生重要影响.利用每日气象数据和加拿大火险天气指数系统(FWI),计算了1972～2005年内蒙古大兴安岭林区森林可燃物的3个湿度码,即细小可燃物湿度码(FFMC)、半腐层湿度码(DMC)和干旱码(DC);并分别春季防火期、秋季防火期及夏季非防火期,研究了3个湿度码长时间序列的变化趋势,在此基础上分析了气候变暖背景下林区可燃物干燥状况的变化及对林火的影响.结果表明:1972～2005年FFMC、DMC和DC的季节性均值都呈增加趋势,且夏季FFMC和DMC增加趋势显著;这意味着1972～2005年可燃物的干燥状况呈增加趋势,其中夏季非防火期表层和半腐层可燃物的增加趋势显著.可燃物干燥状况的增加,特别是夏季可燃物干燥状况的增加,是近些年林区夏季雷击火灾频发的主要原因之一.半腐层和深层可燃物干燥状况的增加,会加大火灾控制和火场清理的难度.在未来更暖的气候条件下,林区可燃物的干燥状况会变得更加严峻.     

火控制政策对大兴安岭森林景观、可燃物动态及火险的长期影响

大兴安岭50年来严格的火控制政策已经极大地改变了自然火格局,同时也改变了森林的物种组成和年龄结构。理解大兴安岭森林对长期火控制的响应是制定森林可持续发展的依据之一。本文应用LANDIS模型模拟了大兴安岭森林景观对自然火(1950年以前)和灭火(1950年以后)的长期响应(300年)。结果表明：灭火显著增加了落叶松面积,增加其过熟林面积,减少其幼龄林面积;同时也显著减少白桦面积,减少其幼龄林面积;灭火延长火烧轮回期,火烧次数减少,灾难性火灾发生的机率增加,火险在模拟的50年内迅速上升到高火险等级。在自然火格局下,火险在整个模拟过程中保持较低的等级。所以如果现行的高强度灭火政策继续实施的话,必须要制定大范围的可燃物管理措施(计划火烧、粗可燃物处理等),以降低灾难性火灾发生的机率。计划火烧加粗可燃物去除将成为可燃物管理和森林可持续经营的首选措施。如何评价大兴安岭地区可燃物处理措施的效果,在保持木材生产和生态作用稳定的条件下,最大程度地降低火险也是亟待解决的问题。     

1957-2007年云南省森林火险变化

当前以变暖为主要特征的气候变化已对全球林火的发生产生重要影响.本文基于日气象数据(气温、降水量、空气相对湿度、风速),按照加拿大火险天气指数的计算方法,计算了云南省1957-2007年间每日的森林火险天气指数,分析了该省50年来森林火险的变化趋势.结果表明:云南省的火险期为上年11月至当年6月,持续期约8个月;林火数据(林火数量、过火面积和受害森林面积)与火险天气指数的相关性显著,半腐层湿度码(DMC)的火险期平均值和火险期严峻度(SSR)可作为不同火险期火险状况比较的良好指标.1957-2007年云南省森林火险状况呈现2种变化趋势:1)总体上周期性变化趋势明显,在周期性变化的同时呈上升趋势,表现为1991-2007年的火险状况比1961-1990年的火险状况略有升高;2)1991-2007年各火险期火险状况的波动性下降,火险状况异常严峻的火险期数量比1961-1990年减少.

Abstract：

Climate warming has already made great impact on forest fires. Based on the daily me-teorological data (temperature, precipitation, relative humidity, and wind speed), and by using the Canadian Fire Weather Index calculation formula, the daily forest fire weather indices (FWIs) of Yunnan Province in 1957-2007 were calculated, and through the statistical analysis of FWIs, the forest fire trends in this province over the past 50 years were studied. In the past 50 years, the forest fire season in Yunnan Province was from previous year November to current year June, lasting 8 months. Fire data (fire numbers, burned area, and burned forest area) had sig-nificant relationships with fire weather indices. The average daily duff moisture code (DMC) in whole fire season and the seasonal severity rating (SSR) were the good indices to evaluate the fire danger conditions among different fire seasons. The forest fire danger in Yunnan Province in 1957-2007 showed two change trends. One showed a clear cyclical change and a weak upward trend, i. e. , the fire danger conditions in 1991-2007 was slightly severer than that in 1961-1990 ; and the another was that the fluctuation of forest fire danger conditions among different fire seasons decreased in 1991-2007, and the number of abnormal severe fire seasons was less than that in 1961-1990.     

贵州省林火发生驱动因子及预测模型

中国西南林区火源复杂,人为干扰大,多为喀斯特地貌和农林交错区,山形复杂,是中国林火发生的重灾区。分析该区域林火发生驱动因子,并进行火险区划,对于该地区合理的林火管理工作具有重要意义。本研究以西南地区的贵州省为对象,基于2011—2020年的森林火点数据、地理空间数据、气象数据、植被数据和人类活动数据等,利用ArcGIS 10.7的空间分析和R Studio等软件分析贵州省近10年林火分布时空格局,得到林火发生的驱动因子和概率预测模型,分别绘制春夏秋冬4个季节的贵州省林火发生概率和森林火险区划图。结果表明：近10年,贵州省火点数量逐年呈下降趋势,每年主要集中在1—3月,占全年火点数量的61%;距居民点距离、距铁路距离、人口密度、逐月平均空气温度、逐月平均相对湿度和逐月累计降雨量对贵州省林火发生概率有显著影响,得到模型的预测准确率为81.9%,曲线下面积为0.904;贵州省春季林火发生概率高于其他季节,且春、秋和冬季的森林火灾高火险区主要集中在贵州省西部,而夏季则主要是贵州东部的林火发生概率较高。研究得到贵州省林火发生驱动因子和基于季节火险区划图,对于该地区科学林火管理具有重要意义,贵州西...     

基于GIS的大兴安岭森林火险区划

以黑龙江省大兴安岭图强林业局育英林场和奋斗林场为研究区,以GIS技术为支撑,选取植被类型、海拔、坡度、坡向和离居住区远近作为主要林火影响因子,采用因子加权叠置法,对研究区森林火险情况进行了定量评价,将火险等级分为无、低、中、高和极高5类.结果表明,无、低、中、高和极高火险区分别占研究区的0.37%、0.63%、38.67%、58.63%和1.70%,符合正态分布;中及以上火险区占60.33%,说明研究区森林火灾管理任务仍相当繁重;森林火险等级的地域分异明显,中部高四周低,在不同林火影响因子上的分异十分明显;火险等级与1987年的火烧强度具有较强的一致性,说明火险区划结果具有较高的可靠性,可为林业部门进行森林火灾管理提供有价值的参考.     

基于MAXENT模型的黑龙江大兴安岭森林雷击火火险预测

黑龙江大兴安岭是森林雷击火的高发地区,急需研发精确的火险预测模型对该区森林火灾进行预测.本文基于大兴安岭地区森林雷击火灾数据及环境变量数据,采用MAXENT模型进行森林雷击火的火险预测.首先对各环境变量进行共线性诊断,再利用累积正则化增益法和Jackknife方法评价了环境变量的重要性,最后采用最大Kappa值和AUC值检测了MAXENT模型的预测精度.结果表明: 闪电能量和中和电荷量的方差膨胀因子（VIF）值分别为5.012和6.230,与其他变量之间存在共线性,不能用于模型训练.日降雨量、云地闪电数量及云地闪回击电流强度是影响森林雷击火发生的3个最重要因素,日平均风速和坡向的影响较小.随着建模数据比例的增加,最大Kappa值和AUC值均有增大趋势.最大Kappa值都大于0.75,平均值为0.772; AUC值都大于0.5,平均值为0.859.MAXENT模型的预测精度达到中等精度,可应用于大兴安岭地区的森林雷击火火险预测.     

ENSO事件对中国森林火险天气的影响

ENSO事件影响中国的气候和森林火险天气,研究ENSO事件对中国各植被区火险天气的影响对于提高森林火险预报准确性有科学和实践意义。利用1951—2016年中国地面国际交换站气候资料的日值数据集(V3.0)数据计算每日的森林火险天气指数(FWI),根据MODIS过火区产品计算各植被区2001—2016年的森林过火面积,分别按事件情景(弱、中、强和超强厄尔尼诺事件以及弱、中和强拉尼娜事件)统计各植被区对应的火险期气温、降水、FWI和过火面积。结果表明: 1950—2016年,共发生19次厄尔尼诺事件和14次拉尼娜事件。受强或超强厄尔尼诺事件影响,西北地区春季火险期的日均最高气温明显升高,而中温带半干旱草原区春季火险期的日均最高气温在中厄尔尼诺年显著降低。厄尔尼诺年,南方和西南林区火险期的降水量一般会增加,中、低强度的拉尼娜事件会减少大部分区域的火险期降水量,但强拉尼娜事件导致大部分林区火险期的降水量增加。弱厄尔尼诺事件导致南方林区FWI降低;强或超强厄尔尼诺事件导致南方和西南林区的FWI有所降低,而北方林区的FWI有所升高。ENSO事件对各植被区FWI的影响存在显著的空间差异性。2001—2016年,当火险期的季节火险严重程度(SSR)显著变化时,暖温带湿润/半湿润地区落叶阔叶林区、中北亚热带湿润地区阔叶林区和热带南亚热带湿润地区阔叶林区的过火面积与SSR的变化一致,其他区域的过火面积受ENSO事件的影响不明显。     

不同区域森林火灾对生态因子的响应及其概率模型

火灾是影响森林生态系统过程的重要干扰之一,其对森林生态系统内各生态因子的响应各不相同.由于植被状况及生态环境的不同,森林火灾的时空分布特征在中国不同植被气候类型内表现不同,根据植被气候类型分类系统,将中国主要森林火灾地区划分为4个区域:东北(冷温带松林)、华北(落叶阔叶林)、东南(常绿阔叶林)和西南(热带雨林),应用遥感监测数据和地面环境数据,以时空变量、生态因子(植被生长变化指数、湿度等)为可选自变量,应用半参数化Logistic回归模型,就森林火险对不同生态影响因子的响应规律进行了分析,建立了基于生态因子的着火概率模型和大火蔓延概率模型,通过模拟及实际数据散点图、火险概率图,评估了模型应用价值.结果表明,土壤湿度及植被含水量在落叶阔叶林、常绿阔叶林、热带雨林地区对着火概率影响显著.在4个植被气候区内,土壤及凋落物湿度对大火蔓延的作用较小.在冷温带松林、落叶阔叶林、常绿阔叶林地区,植被生长的年内变化对火灾发生的影响显著,在常绿阔叶林地区,年内植被生长变化对大火蔓延的作用较小.森林火险概率与各生态因子的相关关系主要呈现出非线性.不同植被气候区内,火险概率受不同生态因子组合的影响,这与不同区域的植被状况及生态环境不同有关.在不同植被气候类型,应用时空变量、生态因子建立半参数化logistic回归模型,进行着火概率和大火蔓延概率的模拟具有可行性和实际应用能力.为进一步分析森林生态系统与火灾之间的动态关系、展开生态系统火灾干扰研究提供了理论基础.     

大兴安岭地区森林雷击火与闪电的关系

林火是森林生态系统的重要影响因子.随着全球气候变暖,林火,特别是雷击火有增多的趋势.本文对我国东北大兴安岭地区1966-2007年的林火数据及相应的闪电和气象资料进行分析.结果表明:1966-2007年,该地区雷击火的次数及其过火面积都呈显著增加趋势.影响雷击火的气象条件与研究时间尺度有关,年尺度的雷击火与降水显著相关,相关系数达-0.489;月尺度的雷击火则与气温显著相关,相关系数为0.18.雷击火与闪电的关系也与时间尺度有关,年尺度的雷击火与闪电关系不明显,受降水影响较大;月尺度的雷击火与闪电具有较好的相关性,且受降水的影响;日尺度的雷击火在降水量＞5 mm时与闪电关系不明显,但当降水量＜5 mm时,雷击火与闪电次数呈正相关.据此,发展了基于闪电定位仪数据的火险指数算法以及大兴安岭地区的森林雷击火预报模型.经2005-2007年雷击火验证,该模型的预报准确率＞80％.     

1950—2008年江西省森林火灾的碳损失估算

1950—2008年间江西省年均发生森林火灾762次、年均过火面积1.578×10.4 hm².本文利用江西省森林火灾统计数据,结合气象、森林分布和历次森林清查数据,分析了该省林火的特征,估算历年的林火碳释放量和碳转移量.结果表明： 1950—2008年江西省森林火灾导致的森林生物量总损失约61.155 Tg,活生物量碳库损失约30.993 Tg C,占全省植被碳库的15.92%.20世纪70年代以前林火生物量碳损失率约占1950—2008年生物量总碳损失的74.3%;90年代以后,年均林火生物量碳损失小于0.097 Tg C.森林火灾释放的CO₂、CH₄和CO气体分别为5.408 Tg、0.047 Tg和0.486 Tg,有22.436 Tg C活生物量碳进入土壤碳库.2008年初雨雪冰冻灾害引发的高频率次生林火灾害导致森林活生物量碳损失(0.463 Tg C)是前5年平均值(0.181 Tg C)的2.56倍.     

基于3PGS-MTCLIM模型模拟根河林区火后植被净初级生产力恢复及其影响因子

林火是大兴安岭林区主要的干扰因子,且对森林生态系统的碳平衡有着重要影响.火干扰强度以及不同地形条件所导致的山地气候差异是影响火后植被净初级生产力恢复过程的主导因素.本研究以内蒙古根河林区为例,使用多时相的Landsat TM遥感数据(2008—2012年)和1980—2010年间的气象资料,结合山地小气候模型MTCLIM与光能利用效率模型3PGS,模拟森林火后植被净初级生产力(NPP)的时空恢复过程,并探讨不同火烧强度和地形因子对NPP恢复进程的影响.结果表明: 3PGS-MTCLIM模型能够较准确地在小尺度范围内模拟NPP的空间分布格局,模拟结果与样地具有较好的对应关系,R²=0.828;3PGS-MTCLIM模型模拟火后NPP下降百分比在43%~80%,相对于火前NPP水平该区域的平均恢复周期大约为10年;火烧强度对火后恢复具有显著影响,火烧强度越强,NPP恢复所需要的周期越长,火后NPP恢复速度呈现先快后慢的增长趋势;地形因子中,海拔对火后NPP恢复程度的影响最明显,其次为坡度,而坡向的影响最小.     

我国北方针叶林人为火发生的预测模型

我国北方针叶林带是重要的森林资源储藏地,也是林火发生的重灾区,其自然火和人为火所占比例相当. 气象因子、地形特征、植被条件、人为基础设施等因素对人为火发生具有显著影响,国内目前应用空间分析技术对北方针叶林带人为火影响因子的研究还存在一定不确定性. 本文基于1974—2009年间人为火的空间地理坐标,结合研究地的气象因子、基础地理信息及矢量化林相图,应用ArcGIS 10.0中的空间分析工具和SPSS 19.0的逻辑斯蒂回归模型对影响人为火发生的主要驱动因子进行分析,并建立人为火发生的概率模型. 利用HADCM2模式下研究区域未来气象数据对塔河地区2015年人为火发生情况进行计算.结果表明： 距离铁路距离（x₁）和平均相对湿度（x₂）对研究区域人为火发生具有显著影响,并得到火险概率模型P=1/［1+e^{-(3.026-0.00011x1-0.047x₂)}］. 模型校验结果显示,模型的准确度可达到80%.林火发生预测结果表明,塔河地区2015年 4—6月、8月为人为火高发期,其中,4—5月的林火发生概率最高.从火险空间分布来看,高火险主要集中在塔河西部和西南部,铁路线路主要包含在此区域.     

大兴安岭塔河地区雷击火发生驱动因子综合分析

森林火灾是一个全球性问题,对森林资源和温室气体排放有重要影响,并严重影响人们生命财产安全。林火主要分为人为火(人为活动引起)和雷击火(雷电引起)两大类。在我国北方针叶林带,雷击火主要集中在黑龙江大兴安岭和内蒙古呼伦贝尔盟地区。大兴安岭塔河地区位于我国北方针叶林带,是森林火灾的重灾区。其中雷击火所占比例大约1/3以上。目前针对当地雷击火与影响因子的研究主要集中于气象因子,非气象因子(森林可燃物和地形特征)的研究受数据条件和技术手段限制研究报道较少。研究数据包含三部分,林火数据,气象数据和地理植被数据。林火数据包含1974—2009年间林火发生经纬度坐标,时间和面积等。气象数据主要包括每日尺度的最低气温,最高气温,平均风速,平均相对湿度等因子。根据加拿大火险天气指标系统计算出了出了细小可燃物湿度码(FFMC),干燥可燃物湿度码(DMC)和干旱码(DC)也没用于本研究。此外,基于1∶10万塔河地区数字化林相图提取了海拔、坡度、坡向、森林类型、优势树种、龄级等因子用于决策因子分析。研究数据分析过程主要应用Arc GIS10.0中的空间分析工具和SPSS19.0的逻辑斯蒂回归模型完成。研究结果显示"日最低气温","最大风速"和"最小相对湿度"3个气象因子及火险天气指标系统(FWI)中细小可燃物湿度码(FFMC)干旱码(DC)与雷击火发生概率显著相关(P0.05),模型整体拟合水平R2(CoxSnell)=0.326。在非气象因子与雷击火发生的逻辑斯蒂模型检验中,"地被物盖度"和"龄级"均在P=0.05水平上与雷击火发生显著相关,其模型的整体拟合水平R2(CoxSnell)为0.15。研究结论表明在分析雷击火发生的决策因子时,应该综合考虑气象、可燃物和林分因素。     

1961—2010年中国植被区的气候与林火动态变化

气候、植被和人为活动的变化影响到区域的林火动态．基于生态地理区研究全国尺度上林火动态的变化是科学林火管理的基础．根据中国地面气候资料日值数据,把1961—2010年气温和降水两个气象要素差值到网格点（空间分辨率0.25°×0.25°）,分析中国8个生态地理区森林分布区域的火险期气温和降水量变化,采用Mann-Kendall法分析气候和火动态的变化趋势．结果表明： 1961—2010年,中国森林分布区的平均气温呈现线性上升趋势,但降水量变化趋势不显著,所有生态地理区的火险期平均气温显著增加,中温带半干旱/干旱地区草原区增温最显著,而大部分区域的火险期降水量变化不明显.研究区火灾次数呈现明显的波动性,受害森林面积显著下降.除中温带干旱地区荒漠针叶林区的火灾次数和受害森林面积呈现显著的增加趋势外,其他生态地理区都表现为双峰型变化曲线.     

Spatially explicit fire-climate history of the boreal forest-tundra (Eastern Canada) over the last 2000 years

Across the boreal forest, fire is the main disturbance factor and driver of ecosystem changes. In this study, we reconstructed a long-term, spatially explicit fire history of a forest-tundra region in northeastern Canada. We hypothesized that current occupation of similar topographic and edaphic sites by tundra and forest was the consequence of cumulative regression with time of forest cover due to compounding fire and climate disturbances. All fires were mapped and dated per 100 year intervals over the last 2,000 years using several fire dating techniques. Past fire occurrences and post-fire regeneration at the northern forest limit indicate 70% reduction of forest cover since 1800 yr BP and nearly complete cessation of forest regeneration since 900 yr BP. Regression of forest cover was particularly important between 1500s-1700s and possibly since 900 yr BP. Although fire frequency was very low over the last 100 years, each fire event was followed by drastic removal of spruce cover. Contrary to widespread belief of northward boreal forest expansion due to recent warming, lack of post-fire recovery during the last centuries, in comparison with active tree regeneration more than 1,000 years ago, indicates that the current climate does not favour such expansion.     

基于树轮火疤塔河蒙克山樟子松林火灾的频度分析

大兴安岭地区是我国重要林区,又是林火的多发区,林火是森林生态系统中的重要干扰因子,对整个森林生态系统结构、功能和动态都有重要影响。樟子松为欧洲赤松的一个变种,在我国主要分布于大兴安岭地区。近年来,频繁的森林火灾造成樟子松林大面积减少。因此,重建大兴安岭樟子松林火历史,掌握樟子松林火灾规律已显得十分迫切。在大兴安岭北部塔河县蒙克山林场采集了11棵樟子松火疤圆盘,利用树木年轮年代学方法重建了大兴安岭北部塔河县蒙克山樟子松林的火灾历史,获得1个以树轮年代学为基础的樟子松火疤年表。利用火历史分析软件得到蒙克山樟子松林火灾间隔期和轮回期分别为24.8a和33a。由火疤年表得到的蒙克山樟子松林火灾历史大致可分为3个历史时期:满清中期(1723-1859年)、清末民国时期(1860-1949年)和建国后(1950年至今)。41个火疤记录中早早材火(E)所占比例最大,占全部火疤数目的61%,晚材火(A)、未确定火(U)和休眠季节火(D)则相对较少。大区域性火灾事件平均间隔期为32.5a,最大火灾间隔期为61a。本研究为进一步探究大兴安岭地区寒温带针叶林火灾历史的时间和空间格局及其之间的联系提供了基础数据。