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...     

中国南北方林火时空分布及火险期动态变化特征——以黑龙江省和江西省为例

林火是生态系统重要干扰因子,对生态系统结构和功能有重要影响。本研究基于2005—2017年黑龙江和江西两省卫星火点数据并采用Mann-Kendall检验和滑动t检验的方法分析林火时空及火险期变化。结果表明：两省全年林火年际变化呈现先上升后下降的趋势;黑龙江省突变年份在2011年前后;江西省突变年份在2016年前后;江西省法定火险期设定较黑龙江省更加合理;黑龙江省林火主要发生在春秋两季,春季林火发生期有向早春偏移的趋势,秋季林火发生期向夏季偏移并延长,春、夏和秋三季突变年份分别为2010年、2014年和2011年,冬季无突变年份;江西省林火主要发生在冬季,林火发生期有向冬季偏移并缩短的趋势,春、夏、秋、冬四季突变年份分别为2010年、2015年、2014年和2016年前后;两省林火密度呈相反的递增趋势;黑龙江省林火密度由东南向西北呈递增趋势,集中于黑河市和大兴安岭地区;江西省林火密度由东北向西南呈递增趋势,集中于赣州市和吉安市;两省各地区林火次数整体均呈下降趋势;其中黑龙江省大庆市、佳木斯市和大兴安岭地区林火次数下降趋势显著;黑龙江省法定火险期伊春市和鸡西市林火次数呈上升趋势。本研究揭示...     

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.     

基于ArcGIS的福建南部地区林火管理资源分布优化

研究基于逻辑斯蒂回归和Arc GIS,以2000—2010年该地区火点数据为基础,结合气候、植被、地形及人口和社会经济数据,对厦门、漳州和泉州等福建南部地区主要森林城市进行森林火险等级划分。在此基础上,应用不同方法对研究区域进行防火瞭望塔选址分析并加以比较,同时根据火险区划结果,综合考虑高火险区域、公路以及居民点的距离等因素进行林火扑救区规划,实现对研究区域森林火灾的管理区划。结果表明:高程、坡度、日最小相对湿度、距离铁路的距离、距离公路的距离、距离居民点的距离、日最高地表气温、日最低地表气温、日降水量、日照时数、日最高气温和GDP等12个因素与林火的发生存在显著相关,且模型的预测准确率达到74.0%。利用该模型进行火险等级区划,发现该地区高火险面积约占33.58%,且分布不均。防火瞭望塔选址的研究结果显示,传统方法、构建20 km×20 km网格和10 km×10 km网格,对于高火险区域的瞭望可见率分别为25.63%、42.25%和63.38%。利用层次分析法对林火扑救区划分的结果显示,到高火险地区距离、到公路距离和到居民点距离的权重分别为0.620、0.284和0.096,通过Arc GIS加权叠加得到相应的扑救区优化图。研究结果可为我国南方山地区域林火预防与管理工作提供一定的支持。     

基于MODIS-EVI的重庆植被覆盖时空分异特征研究

利用MODIS-EVI数据,采用像元二分模型结合距平百分率、变异系数和分布指数对2000—2015年重庆植被覆盖度变化时空分异特征进行了分析,结果表明:(1)重庆植被年际、夏、秋季和2008—2015年春季以中覆盖度为主,冬季以及2000—2007年春季以低覆盖度为主。(2)植被覆盖年际变化不明显;劣覆盖度在2000、2002、2003年春季,2001、2006年秋季以及2011年冬季异常偏多;低覆盖度在2000、2001年秋季异常偏多;高覆盖度在2000、2008年秋季和2014年春季异常偏少。(3)植被的波动变化除了冬季以中度为主外,年际、春、夏、秋季均以轻度为主;稳定比例最高为夏季,轻度比例最高为秋季,中度和重度比例最高为冬季。(4)稳定和轻度波动类型主要分布在山地森林和草地区,中度和重度波动类型主要是城镇、水域及其周边区域。在400m以下,植被变化为重度波动;在400—800m,植被年际和夏季趋于稳定分布,而春、秋、冬季为轻度波动;在800—1300m,植被年际和夏季为中度波动,春、秋、冬季为稳定分布;在1300m以上,植被年际和夏季呈现轻度波动,春季为中度波动,秋、冬季为稳定分布。     

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.     

1954—2005年中国北方针叶林分布区的气候变化特征

基于中国北方针叶林(兴安落叶松林)分布区8个气象观测站的气象资料,分析了1954—2005年气温和降水的变化特征.结果表明：研究期间,中国北方针叶林分布区的气温以0.38 ℃·(10 a)^-1的速度上升,远大于全球近50年来0.13 ℃·(10 a)^-1的平均增温速率.尽管夏、秋季的气温呈上升趋势,但不显著;而冬、春季的增温显著(P<0.01);最高年平均气温(0.37 ℃·(10 a)^-1)与最低年平均气温(0.54 ℃·(10 a)^-1)均呈极显著的增加趋势(P<0.01).降水量年际间波动较大,但没有明显的变化趋势;各季节降水量也没有明显的变化规律,其中春、秋、冬季的降水日数有增加趋势,但没有达到显著水平,而夏季的降水日数呈显著减少趋势(P<0.05);各季降水强度均呈增加趋势,其中夏季(P<0.05)和冬季(P<0.01)的变化达到了显著水平.     

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.     

大兴安岭人为火发生影响因素及气候变化下的趋势

我国重要的北方针叶林地区大兴安岭是林火高发地区.受气候变暖影响,该地区林火发生频率将会发生显著变化.模拟人为火的发生分布与影响因素之间的关系、加强气候变化下人为火的发生分布预测,对于林火管理和减少森林碳损失具有重要作用.本文采用点格局分析方法,基于大兴安岭1967—2006年的火烧数据,建立人为火空间分布与影响因素之间的关系模型,该模型以林火发生次数为因变量,选取非生物因子(年均温和降水量、坡度、坡向和海拔)、生物因子(植被类型)和人为活动因子(距离道路距离、距离居民点距离、道路密度)共9个因子为自变量.并采用RCP 2.6和RCP 8.5气候情景数据代替当前气候情景预测2050年大兴安岭人为火的空间分布状况.结果表明: 点格局模型能够较好地模拟人为火发生分布与空间变量的关系,可以预测未来气候下人为火的发生概率.其中,气候因子对人为火的发生具有明显的控制作用,植被类型、海拔和人为活动等因子对人为火的发生也具有重要影响.林火发生预测结果表明,未来气候变化下,南部地区的林火发生概率将进一步增加,北部和沿主要道路干线附近将成为新的人为火高发区.与当前相比,2050年大兴安岭人为火的发生概率将增加72.2%～166.7%.在未来气候情景下,人为火的发生更多受气候和人为活动因素的控制.     

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.     

Historic distribution and driving factors of human-caused fires in the Chinese boreal forest between 1972 and 2005

Aims The pattern and driving factors of forest fires are of interest for fire occurrence prediction and forest fire management. The aims of the study were: (i) to describe the history of human-caused fires by season and size of burned area over time; (ii) to identify the spatial patterns of human-caused fires and test for the existence of 'hotspots' to determine their exact locations in the Daxing'an Mountains; (iii) to determine the driving factors that determine the spatial distribution and the possibility of human-caused fire occurrence.Methods In this study, K -function and Kernel density estimation were used to analyze the spatial pattern of human-caused fires. The analysis was conducted in S-plus and ArcGIS environments, respectively. The analysis of driving factors was performed in SPSS 19.0 based on a logistic regression model. The variables used to identify factors that influence fire occurrence included vegetation types, meteorological conditions, socioeconomic factors, topography and infrastructure factors, which were extracted and collected through the spatial analysis mode of ArcGIS and from official statistics, respectively.Important findings The annual number of human-caused fires and the area burnt have declined since 1987 due to the implementation of a forest fire protection act. There were significant spatial heterogeneity and seasonal variations in the distribution of human-caused fires in the Daxing'an Mountains. The heterogeneity was caused by elevation, distance to the nearest railway, forest type and temperature. A logistic regression model was developed to predict the likelihood of human-caused fire occurrence in the Daxing'an Mountains; its global accuracy attained 64.8%. The model was thus comparable to other relevant studies.     

Selective burning of forest vegetation in Canton Ticino (southern Switzerland)

Abstract

Detailed knowledge of factors controlling fire regime is a prerequisite for efficient fire management. We analyzed the fire selectivity of given forest vegetation classes both in terms of fire frequency and fire size for the present fire regime (1982–2005) in Canton Ticino (southern Switzerland). To this end, we investigated the dataset in four categories (all fires, anthropogenic winter fires, anthropogenic summer fires, and natural summer fires) and performed 1000 random Monte Carlo simulations on frequency and size. Anthropogenic winter and summer fires have a similar selectivity, occurring mostly at low elevations in chestnut stands, broadleaved forests, and in the first 50 m from the forest edge. In winter half of the fires in chestnut stands are significantly larger than 1.0 ha and the average burnt area in some coniferous forests tends to be high. Lightning fires seem to occur more frequently in spruce stands and less often in the summer‐humid chestnut and beech stands and the 50–100 m buffer area. In beech forests, in mixed forests, and in the spruce stands affected by natural fire in summer, the fires tend to be small in size. The selectivity observed, especially the selectivity of anthropogenic fires in terms of fire frequency, seems to be also related to geographical parameters such as altitude and aspect, and to anthropogenic characteristics such as closeness to roads or buildings.     

Fire season effects on the recruitment of non‐sprouting serotinous Proteaceae in the eastern (bimodal rainfall) fynbos biome,South Africa

Abstract Research in Mediterranean‐climate shrublands in both South Africa and Australia shows that recruitment of proteoid shrubs (non‐sprouting, serotinous Proteaceae) is best after warm‐season (summer and autumn) fires and worst after cool‐season (winter and spring) ones. This pattern has been attributed to post‐dispersal seed attrition as well as size of pre‐dispersal seed reserves. Here we investigate patterns of post‐fire recruitment for four proteoid species in the eastern part of South Africa's fynbos biome, which has a bimodal (spring and autumn) rainfall regime. Despite the lack of significant differences in recruitment between cool‐ and warm‐season burns, we find some evidence for favourable recruitment periods following fires in spring and autumn, immediately before, and coinciding with, the bimodal rainfall peaks. This suggests that enhanced recruitment is associated with conditions of high soil moisture immediately after the fire, and that rapid germination may minimize post‐dispersal seed attrition. In two of the species, we also find a shift from peak flowering in winter and spring in the Mediterranean‐climate part of the fynbos biome, to summer and autumn flowering in the eastern part. Because these two species are only weakly serotinous, warm‐season flowering would result in maximal seed banks in spring, which could explain the spring recruitment peak, but not the autumn one. We conclude that eastern recruitment patterns differ significantly from those observed in the western and central parts of the biome, and that fire management protocols for the east, which are currently based on data and experience from the winter‐rainfall fynbos biome, need to be adjusted accordingly. Fire managers in the eastern fynbos biome should be less constrained by requirements to burn within a narrow seasonal range, and should therefore be in a better position to apply the required management burns.     

Aboriginal fire regimes in Queensland, Australia: analysis of the explorers' record

ABSTRACT. The record of eighteenth and nineteenth century explorers' references to Aboriginal fire in Queensland was stratified according to fourteen vegetation typcs and season of fire. It was demonstrated that references to 'current' fire (i.e. flames or smoke) may not represent traditional Aboriginal activity and that many fires were lit to frighten or harm, to protect themselves from, or to signal to kinfolk the presence of the European intruders. Because of this interpretational difficulty the records to 'current' fire were treated separately from 'past' fire (i.e. burnt ground). The data were analysed as the number of observations per 100 km spent in each vegetation type for any one season to compensate for bias created by differing amounts of travel. The record suggests highest frequency of burning in grassland around the Gulf of Carpentaria, relatively high fire frequency of most coastal and subcoastal vegetation types and relatively infrequent burning of inland Queensland. The analysis indicates a propensity for winter and autumn fue relative to spring and summer fire in all vegetation types combined and in most individual vegetation types.     

不同时间尺度小流域径流变化及其归因分析

流域径流的变化及其原因的研究,是森林水文领域的一个重要的科学问题。当前,大部分研究基于年尺度定量分析了流域径流变化及其影响因素的贡献率,而季节尺度上的研究较少。因此,季节尺度上径流变化的归因分析值得深入研究。基于彭冲涧小流域1983—2014年降水、径流等水文气象资料,通过Mann-Kendall检验法对降水、径流序列进行突变分析,采用累积量斜率变化率比较法计算季节及年尺度上降水变化、蒸发散和植被恢复对径流变化的贡献率。结果表明:2003年为降水与径流的一致突变点;春、夏、秋、冬季及年降水变化的贡献率分别为50.88%、42.60%、-10.39%、-3.28%和31.26%,蒸发散的贡献率分别为32.89%、40.71%、29.33%、47.43%和42.64%,植被恢复的贡献率分别为16.23%、16.69%、81.06%、55.85%和26.10%。季节尺度上,春、夏季,降水变化和蒸发散是径流深减少的主要原因,而秋、冬季,植被恢复居主导地位;年尺度上,蒸发散对径流深减少的贡献率最大。该研究揭示了彭冲涧小流域近30年来径流变化规律以及不同时间尺度上影响径流的主要驱动因子,为流域水资源合理配置和管理提供科学依据。     

黄河流域植被时空变化及其对气候要素的响应

在气候变化和人类活动的双重作用下,黄河流域生态环境不断发生变化。探讨植被生长动态对于实施生态保护政策至关重要。利用Advanced Very High Resolution Radiometer(AVHRR) Leaf Area Index(LAI)遥感资料,结合气候要素数据,分析1981—2017年黄河流域植被覆盖的时空分布特征,探讨气候要素对其变化的影响及贡献率。研究结果表明：(1)时序上,黄河流域植被覆盖呈显著增长趋势,夏季植被覆盖的增长幅度和年际波动最大,冬季植被覆盖呈缓慢平稳增长,波动最小。(2)空间上,植被覆盖显著提高的区域占整个区域的52.1%,主要分布在中东部平原;显著降低的区域占4%,主要分布在北部和西部高原山地;生态脆弱的区域植被覆盖率大多有不同程度的提高,但生态环境良好的部分区域植被覆盖率降低。(3)时序上,黄河流域植被覆盖与气温具有显著的正相关关系。春夏冬三季的植被覆盖与气温呈显著正相关,与降水呈不显著关系;秋季的植被覆盖与气温和降水量均呈显著正相关;春秋冬三季的植被覆盖与太阳辐射呈不显著负相关,夏季的植被覆盖与太阳辐射呈不显著正相关。春夏秋冬四季的气温对植被覆...     

云南大中山黑颈长尾雉栖息地选择周年变化

采用比较利用和可利用栖息地的方法,分别对云南大中山黑颈长尾雉秋冬季、春季和夏季栖息地展开调查。检验和Bonferroni置信区间分析结果表明,黑颈长尾雉不同季节均偏向选择常绿阔叶林,偏向选择或回避选择的乔木、灌木和草本的种类不尽相同。利用和可利用样方差异性检验显示,不同季节对地形因素的选择性不明显,仅夏季距水源距离一个因子差异显著;植被因子中,春季差异显著的仅有乔木层盖度因子,夏季有乔木密度、乔木层盖度、落叶层盖度和草本层盖度等4个因子,秋冬季有乔木层盖度、草本层盖度和藤本密度等3个因子。主成分分析表明,不同季节利用样方负荷绝对值较大的因子在各主成分中的序位不尽相同,即栖息地选择的主要生态因子随季节发生变化。单因素方差分析和逐步判别分析表明,秋冬季与春季栖息地特征较接近,而与夏季差别较大。χ2     

Investigation of general indicators influencing on forest fire and its susceptibility modeling using different data mining techniques

Forests are living dynamic systems and these unique ecosystems are essential for life on earth. Forest fires are one of the major environmental concerns, economic, and social in the worldwide. The aim of current research is to identify general indicators influencing on forest fire and compare forest fire susceptibility maps based on the boosted regression tree (BRT), generalized additive model (GAM), and random forest (RF) data mining models in the Minudasht Township, Golestan Province, Iran. According to expert opinion and literature review, fifteen condition factors on forest fire have been selected in the study area. These are slope degree, slope aspect, elevation, topographic wetness index (TWI), topographic position index (TPI), plan curvature, wind effect, annual temperature and rainfall, soil texture, distance to roads, rivers, and villages, normalized difference vegetation index (NDVI), and land use. Forest fire locations were identified using MODIS images, historical records, and extensive field checking. 106 (≈70%) locations, out of 151 forest fires identified, were used for models building/training, while the remaining 45 (≈30%) cases were used for the models validation.BRT, GAM, and RF data mining models were used to distinguish between presence and absence of forest fires and its mapping. These algorithms were used to perform feature selection in order to reveal the variables that contribute more to forest fire occurrence. Finally, for validation of models, the area under the curve (AUC) for forest fire susceptibility maps was calculated. The validation of results showed that AUC for three mentioned models varies from 0.7279 to 0.8770 (AUC_BRT = 80.84%, AUC_GAM = 87.70%, and AUC_RF = 72.79%,). Results indicated that the main drivers of forest fire occurrence were annual rainfall, distance to roads, and land use factors. The results can be applied to primary warning, fire suppression resource planning, and allocation work.     

唐家河国家级自然保护区川金丝猴生境适宜性评价

生境适宜性评价是濒危物种保护的重要基础。川金丝猴（Rhinopithecus roxellana）是栖息于温带森林的、中国特有的珍稀灵长类动物。位于岷山山系的四川唐家河国家级自然保护区是川金丝猴的重要分布地之一,但涉及该地区川金丝猴的生境信息却较缺乏。运用最大熵（Maximum entropy,MaxEnt）模型对四川唐家河国家级自然保护区川金丝猴不同季节的生境适宜性进行了研究,发现四个季节的训练集和验证集的受试者工作特征曲线下面积（Area under the receiver operator characteristic curve,AUC）值均超过0.8,说明模型预测结果较好。结果显示：（1）影响不同季节川金丝猴分布的主要因子是海拔、河流和道路。（2）川金丝猴的适宜生境面积存在季节性变化。其中,春季的适宜生境面积最大,为233.94 km²,占全区面积的58.48%;夏季的次之,为192.75 km²,占48.19%;秋冬季的适宜生境面积相对较低,分别为145.54 km²（占36.39%）和142.63 km²（占35.66%）。（3）川金丝猴的适宜生境分布具有明显的季节性垂直变化。研究揭示保护好完整的森林植被带对川金丝猴的生存具有重要意义,尤其要重视对人为干扰较强的低海拔生境的保护。